Wankelmotor

Ein Wankelmotor mit seinem Rotor und der verzahnten Abtriebswelle. ⓘ

Der Sportwagen Mazda RX-8 ist das bisher letzte Serienfahrzeug, das von einem Wankelmotor angetrieben wird. ⓘ

Norton Classic luftgekühltes Doppelrotor-Motorrad ⓘ

Der Wankelmotor ist ein Verbrennungsmotortyp, der eine exzentrische Rotationskonstruktion verwendet, um Druck in eine Drehbewegung umzuwandeln. ⓘ

Im Vergleich zum Hubkolbenmotor hat der Wankelmotor ein gleichmäßigeres Drehmoment, weniger Vibrationen, ist bei gleicher Leistung kompakter und wiegt weniger. ⓘ

Der Rotor, der die Drehbewegung erzeugt, hat die Form eines Reuleaux-Dreiecks, nur dass die Seiten weniger gekrümmt sind. Wankelmotoren liefern drei Leistungsimpulse pro Umdrehung des Rotors nach dem Otto-Zyklus. Die Abtriebswelle dreht sich jedoch mit Hilfe eines Zahnradgetriebes dreimal schneller, so dass ein Leistungsimpuls pro Umdrehung entsteht. Dies ist in der Animation unten zu sehen. In einer Umdrehung erfährt der Rotor Leistungsimpulse und stößt gleichzeitig Gas aus, während die vier Stufen des Otto-Zyklus zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden. Zum Vergleich: Bei einem Zweitakt-Kolbenmotor gibt es einen Leistungsimpuls pro Kurbelwellenumdrehung (wie bei der Abtriebswelle eines Wankelmotors) und bei einem Viertakt-Kolbenmotor einen Leistungsimpuls pro zwei Umdrehungen. ⓘ

Der vierstufige Otto-Zyklus von Ansaugung, Verdichtung, Zündung und Auspuff findet bei jeder Umdrehung des Rotors an jeder der drei Rotorflächen statt, die sich innerhalb des ovalförmigen Epitrochoid-Gehäuses bewegen, wodurch die drei Leistungsimpulse pro Rotorumdrehung ermöglicht werden. ⓘ

Der in den Motordaten angegebene Hubraum bezieht sich in der Regel nur auf eine Fläche eines Rotors (eine einzige Arbeitskammer) oder auf eine Fläche multipliziert mit der Anzahl der Rotoren; es arbeiten jedoch alle drei Flächen aller Rotoren gleichzeitig. ⓘ

Der Motor wird gemeinhin als Kreiskolbenmotor bezeichnet, obwohl diese Bezeichnung auch für völlig andere Konstruktionen verwendet wird, darunter sowohl solche mit Kolben als auch kolbenlose Kreiskolbenmotoren. ⓘ

Erster KKM-57P-Wankelmotor, ein NSU P58; 1957 Konstruktionsjahr; 1958 Erstlauf; P Konstrukteur ⓘ

Ro80-Wankelmotor KKM 612, Bj. 1969 ⓘ

Der Wankelmotor ist ein Rotationskolbenmotor (RKM), der nach seinem Erfinder Felix Wankel benannt worden ist. Bei einem Wankelmotor wird die Verbrennungsenergie ohne den Umweg einer Hubbewegung, wie es bei Hubkolbenmotoren (HKM) der Fall ist, direkt in eine Drehbewegung umgesetzt. Es existieren prinzipiell zwei kinematische Versionen: Der Drehkolben-Wankelmotor (DKM 54) und der Kreiskolben-Wankelmotor (KKM 57), wobei die Zahl für das Jahr der Entstehung steht. Wirtschaftliche Bedeutung konnte nur der von Hanns-Dieter Paschke (1920–2015) konzipierte Kreiskolben-Wankelmotor erlangen, der allgemein als Wankelmotor bezeichnet wird. ⓘ

Beim KKM 57P (konstruiert 1957 von Hanns Dieter Paschke) übernimmt der bogig-dreieckige Rotationskolben, als Läufer bezeichnet, gleichzeitig die Funktionen der Kraftabgabe und der Steuerung der Gaswechselvorgänge. Der Kreiskolben-Wankelmotor hat eine Exzenterwelle und damit eine geringe Unwucht, die durch Ausgleichsgewichte völlig ausgeglichen werden kann. Der Drehkolben-Wankelmotor DKM 54 hat keine Exzenterwelle. Hier drehen sich der Läufer und die oval-bogige Hüllfigur (Zykloide) unwuchtfrei um ihre eigenen Schwerpunkte. Die Achsen sind somit exzentrisch zueinander gelagert. Beim DKM 54 ist der Außenläufer das kraftabgebende Element, der Innenläufer dient nur als Absperrteil zur Steuerung des Gaswechsels. ⓘ

Konzept

Die Konstruktion wurde von dem deutschen Ingenieur Felix Wankel entwickelt. Wankel erhielt sein erstes Patent für den Motor im Jahr 1929. Er begann die Entwicklung Anfang der 1950er Jahre bei NSU und stellte 1957 einen funktionsfähigen Prototyp fertig. In der Folge lizenzierte NSU die Konstruktion an Unternehmen in aller Welt, die sie kontinuierlich verbesserten. ⓘ

Entwurf

Das Wankelmotorrad KKM: Das "A" kennzeichnet einen der drei Scheitelpunkte des Rotors. Das "B" kennzeichnet die Exzenterwelle, und der weiße Teil ist der Lappen der Exzenterwelle. Der Abstand zwischen "A" und "B" bleibt konstant. Die Welle dreht sich bei jeder Umdrehung des Rotors um den Kegel dreimal und bei jeder Umdrehung um die Exzenterwelle einmal. ⓘ

Schematische Darstellung des Wankelmotors:

1. Einlass
2. Auspuff
3. Statorgehäuse
4. Kammern
5. Ritzel
6. Rotor
7. Zahnkranz
8. Exzenterwelle
9. Zündkerze. ⓘ

Der Wankelmotor hat die Vorteile einer kompakten Bauweise und eines geringen Gewichts gegenüber dem gebräuchlicheren Verbrennungsmotor, bei dem Hubkolben zum Einsatz kommen. Diese Rotationsmotoren kommen in einer Vielzahl von Fahrzeugen und Geräten zum Einsatz, darunter Autos, Motorräder, Rennwagen, Flugzeuge, Gokarts, Jetskis, Schneemobile, Kettensägen und Hilfsaggregate. Bestimmte Wankelmotoren haben ein Leistungsgewicht von über einer Pferdestärke pro Pfund. Die meisten Motoren dieser Bauart sind funkengezündet, während Motoren mit Kompressionszündung nur in Forschungsprojekten gebaut wurden. ⓘ

Beim Wankelmotor finden die vier Takte eines Ottotaktes im Raum zwischen jeder Fläche eines dreiseitigen symmetrischen Rotors und der Innenseite eines Gehäuses statt. Das ovale, epitrochoide Gehäuse umgibt einen dreieckigen Rotor mit bogenförmigen Flächen, die einem Reuleaux-Dreieck ähneln. Die theoretische Form des Rotors zwischen den festen Scheitelpunkten ergibt sich aus der Minimierung des Volumens der geometrischen Brennkammer bzw. der Maximierung des Verdichtungsverhältnisses. Die symmetrische Kurve, die zwei beliebige Scheitelpunkte des Rotors verbindet, wird in Richtung der inneren Gehäuseform maximiert, mit der Einschränkung, dass sie das Gehäuse bei keinem Drehwinkel berührt (ein Bogen ist keine Lösung dieses Optimierungsproblems). ⓘ

Die zentrale Antriebswelle, die so genannte "Exzenterwelle" oder "E-Welle", verläuft durch die Mitte des Rotors und wird von Festlagern getragen. Die Rotoren laufen auf Exzentern (analog zu Kurbelzapfen in Kolbenmotoren), die in die Exzenterwelle (analog zu einer Kurbelwelle) integriert sind. Die Rotoren drehen sich sowohl um die Exzenter als auch um die Exzenterwelle. Die Dichtungen an den Spitzen der Rotoren dichten gegen den Umfang des Gehäuses ab und unterteilen es in drei bewegliche Brennkammern. Die Drehung jedes Rotors um seine eigene Achse wird durch ein Paar Synchronisationszahnräder ausgelöst und gesteuert. Ein festes, auf einer Seite des Rotorgehäuses montiertes Zahnrad greift in einen am Rotor befestigten Zahnkranz ein und sorgt dafür, dass sich der Rotor bei jeder Umdrehung der Exzenterwelle genau eine Drittelumdrehung bewegt. Die Leistung des Motors wird nicht über die Synchronisationszahnräder übertragen. Der Rotor wird in seiner Drehbewegung von den Zahnrädern und der Exzenterwelle geführt und nicht von der äußeren Kammer; der Rotor darf nicht am äußeren Motorgehäuse reiben. Die Kraft des expandierten Gasdrucks auf den Rotor übt Druck auf die Mitte des exzentrischen Teils der Ausgangswelle aus. ⓘ

Am einfachsten lässt sich die Funktionsweise des Motors in der Animation veranschaulichen, wenn man nicht den Rotor selbst, sondern den zwischen ihm und dem Gehäuse entstehenden Hohlraum betrachtet. Der Wankelmotor ist eigentlich ein System mit variablem Volumen und progressivem Hohlraum. Die drei Hohlräume pro Gehäuse wiederholen also alle den gleichen Zyklus. Die Punkte A und B auf dem Rotor und der E-Welle drehen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit - Punkt B kreist dreimal so oft wie Punkt A, so dass eine volle Umdrehung des Rotors drei Umdrehungen der E-Welle entspricht. ⓘ

Während sich der Rotor auf seiner Umlaufbahn dreht, wird jede Seite des Rotors näher an die Gehäusewand herangeführt und dann wieder von ihr entfernt, wodurch der Brennraum wie bei einem Kolbenhub in einem Hubkolbenmotor komprimiert und expandiert wird. Der Leistungsvektor der Verbrennungsstufe geht durch die Mitte des versetzten Drehkolbens. ⓘ

Während ein Viertakt-Kolbenmotor pro Zylinder einen Verbrennungstakt pro zwei Kurbelwellenumdrehungen ausführt (also ein halber Arbeitstakt pro Kurbelwellenumdrehung pro Zylinder), erzeugt jede Brennkammer im Wankelmotor einen Verbrennungstakt pro Antriebswellenumdrehung, d.h. einen Arbeitstakt pro Rotorumdrehung und drei Arbeitstakte pro Rotorumdrehung. Daher ist die Leistung eines Wankelmotors im Allgemeinen höher als die eines Viertakt-Kolbenmotors mit ähnlichem Hubraum und in ähnlichem Betriebszustand; und höher als die eines Viertakt-Kolbenmotors mit ähnlichen Abmessungen und Gewicht. ⓘ

Wankelmotoren können im Idealfall viel höhere Drehzahlen erreichen als Hubkolbenmotoren mit ähnlicher Leistung. Dies liegt unter anderem an der gleichmäßigen Kreisbewegung, dem Fehlen eines mechanischen Ventiltriebs mit hin- und hergehenden Tellerventilen und der Tatsache, dass sich der Rotor mit einem Drittel der Drehzahl der Abtriebswelle dreht. Die Exzenterwellen weisen nicht die belastungsbedingten Konturen von Kurbelwellen auf. Die maximale Drehzahl eines Kreiskolbenmotors wird durch die Zahnbelastung der Synchronisationszahnräder begrenzt. Für einen längeren Betrieb über 7000 oder 8000 U/min werden gehärtete Stahlzahnräder verwendet. In der Praxis werden Wankelmotoren in Serienfahrzeugen nicht mit wesentlich höheren Hauptwellendrehzahlen betrieben als Hubkolbenmotoren mit ähnlicher Leistung, und die Zyklusgeschwindigkeiten (ein Drittel der Wankel-Hauptwellendrehzahl und die Hälfte der Viertakt-Kurbelwellendrehzahl) sind ähnlich wie bei herkömmlichen Motoren; Der "12A"-Rotationsmotor im RX-2 von 1970 erreichte beispielsweise seine Spitzenleistung bei 7.000 U/min (39 Motorzyklen pro Sekunde), während der Hubkolbenmotor desselben Jahres und derselben Modellfamilie (Capella) seine Spitzenleistung bei 6.000 U/min (50 Motorzyklen pro Sekunde) erreichte. Mazda-Wankelmotoren werden im Rennsport mit mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute betrieben, aber auch Viertakt-Hubkolbenmotoren mit relativ geringem Hubraum pro Zylinder. In Flugzeugen werden sie konservativ bis zu 6500 oder 7500 Umdrehungen pro Minute eingesetzt, aber da der Gasdruck am Wirkungsgrad der Dichtung beteiligt ist, kann der Betrieb eines Wankelmotors bei hohen Drehzahlen unter Leerlaufbedingungen den Motor zerstören. ⓘ

Die nationalen Behörden, die Kraftfahrzeuge nach dem Hubraum besteuern, und die Regulierungsbehörden für den Automobilrennsport betrachten den Wankelmotor auf unterschiedliche Weise als gleichwertig mit einem Viertakt-Kolbenmotor mit dem bis zu zweifachen Hubraum einer Kammer pro Rotor, obwohl pro Rotor drei Kolben vorhanden sind (da der Rotor nur eine Drittelumdrehung pro Umdrehung der Abtriebswelle vollendet, so dass nur ein Leistungshub pro Arbeitsgang pro Abtriebsumdrehung erfolgt, stoßen die anderen beiden Kolben gleichzeitig eine verbrauchte Ladung aus und nehmen eine neue auf, anstatt zur Leistung dieser Umdrehung beizutragen). Einige Rennserien haben den Wankelmotor ganz verboten, ebenso wie alle anderen Alternativen zum traditionellen Viertakt-Hubkolbenmotor. ⓘ

Geschichte

Frühe Entwicklungen

Briefmarke zum 50. Geburtstag ⓘ

Felix Wankel führte Versuche einer Drehschiebersteuerung für einen Viertakt-Hubkolbenmotor durch und beschloss, als diese fehlschlugen, gezielt die Abdichtung des Motors zu erforschen. Im Zuge dieser Untersuchungen gelang es ihm nachzuweisen, dass es der Gasdruck ist, der für die Abdichtung sorgt. Seine Erkenntnisse führten zur deutlichen Verbesserung der Kolbenringabdichtung und nach 25 Versuchsvorrichtungen gelang ihm eine wirkungsvolle Abdichtung der Drehschiebersteuerung, womit er den Grundstein für die Entwicklung des Wankelmotors legte. ⓘ

1932 konzipierte Felix Wankel die Drehkolbenmaschine DKM 32, die später nur kurz lief, aber als Verdichter bei 1000 min⁻¹ einen Überdruck von 5 bar liefert, was ein Verdienst der ersten räumlich verlaufenden Dichtgrenze ist. ⓘ

1936 sprach er bei der Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) vor und brachte innerhalb kurzer Zeit einen Fünfzylinder-Sternmotor von Siemens & Halske (S & H) zum Laufen. Der spätere Leiter der Motorenentwicklung von Daimler-Benz, Wolf-Dieter Bensinger, legte seinen Bericht Staatssekretär Erhard Milch vor, der damit zu Reichsminister Hermann Göring ging. „Dieser Mann ist großzügigst zu unterstützen“ war daraufhin seine Anweisung, worauf Felix Wankel mit seiner Wankelversuchswerkstatt (WVW) in Lindau eine eigene Forschungswerkstätte gründete. Von 1936 bis 1941 entwickelte er erfolgreich Drehschiebersteuerungen für Flugmotoren von S & H, Junkers, BMW und Daimler-Benz. ⓘ

Im Jahr 1941 durchgeführte Versuche mit hohen Öldrücken von bis zu 1000 bar zeigten neue Wege bei der Gleitlagerung. Die DVL und WVW schlossen eine Reihe Optionsverträge mit den damals wichtigsten Unternehmen ab. Das Kriegsende Anfang Mai 1945 unterbrach die geplante Serienfertigung von Drehschiebermotoren. Die WVW in Lindau wurden von der französischen Besatzungsmacht demontiert. ⓘ

Mit der in seinem Lindauer Wohnhaus neu geschaffenen Technische Entwicklungsstelle (TES) nahm Felix Wankel 1951 wieder die Zusammenarbeit mit der Goetze AG (heute Federal-Mogul) in Burscheid auf. Es folgte der Abschluss eines Forschungsauftrags mit NSU für die Entwicklung von Drehschiebersteuerungen, der kurz darauf auf Rotationskolbenmaschinen erweitert wurde. Felix Wankel ging nun gezielt auf die Suche nach einer hochdrehfähigen Drehkolbenmaschine. Er verhandelte 1954 mit Borsig für eine Anwendung des DKM 53 als Kompressor. Borsig und NSU einigten sich auf eine Interessenabgrenzung, nach der NSU das Gebiet der Kraftmaschinen und Borsig das Gebiet der Arbeitsmaschinen bearbeitete. ⓘ

Der NSU-Ingenieur Hanns-Dieter Paschke entwickelte 1956 aus den Versuchspressluftmotoren (Arenamaschinen) den Drehkolbenkompressor DKK 56, der einen 50-cm³-Zweitakt-NSU-Quickly-Motor auf damals überragende 13,5 PS auflud und mit 196 km/h den Weltrekord eines Baumm-Liegestuhl II ermöglichte. Die Art des Laders wurde geheim gehalten, was zu allerlei Spekulationen führte. ⓘ

Felix Wankels Drehkolbenmotor DKM 54 ⓘ

Am 1. Februar 1957 lief der DKM 54 zum ersten Mal zunächst nur kurz in der NSU-Versuchsabteilung TX; nachdem das Gemisch und die Zündung anders eingestellt wurden, begann der Motor im wahrsten Sinn des Wortes rund zu laufen. Beim DKM 54 drehen sich die Kammer (Außenläufer) und der Innenläufer. Kraftabgebendes Element ist hierbei der Außenläufer, der Innenläufer dient nur als reines Absperr- und Steuerteil. Im April 1957 stellte man von Alkohol auf Benzin um. Der Motor erzielt trotzdem die gleiche Leistung und läuft gleichzeitig ruhiger. Mit der Gemischkühlung sind mit dem 125-cm³-Motor mehr als 20 PS nicht zu erreichen. Der sich drehende Innenläufer wurde mit einer Wasserkühlung versehen, die in der TES Lindau entwickelt wurde. Im selben Jahr begann der NSU-Ingenieur Hanns-Dieter Paschke die Konstruktion des einfacher aufgebauten KKM 57P; erstmals wurde nun der Außenläufer stillgesetzt. Damit Wankel davon nichts erfuhr, geschah dies unter strikter Geheimhaltung, denn er hätte es verhindert. Später sagte Felix Wankel erbost über den KKM 57: „Sie haben aus meinem Rennpferd einen Ackergaul gemacht.“ Der NSU-Vorstandsvorsitzende Gerd Stieler von Heydekampf konterte: „Hätten wir wenigstens schon den Ackergaul!“ Damit war das Verhältnis zwischen Wankel und NSU auf einem Tiefpunkt angelangt. Die Versuche mit dem DKM 54 wurden 1958 eingestellt, denn das Prinzip hatte seine Funktionsfähigkeit gezeigt. Am 7. Juli 1958 lief mit dem KKM 57P zum ersten Mal ein Kreiskolbenmotor. ⓘ

Der erste von Felix Wankel konstruierte DKM-Wankelmotor, der DKM 54 (Drehkolbenmotor), im Deutschen Museum in Bonn, Deutschland: der Rotor und sein Gehäuse drehen sich ⓘ

Der erste von Hanns Dieter Paschke entworfene KKM-Wankelmotor, der NSU KKM 57P (Kreiskolbenmotor), bei Autovision und Forum, Deutschland: das Rotorgehäuse ist statisch. ⓘ

Die Grundlage des DKM-Motortyps war, dass sich sowohl der Rotor als auch das Gehäuse auf getrennten Achsen drehten. Der DKM-Motor erreichte höhere Drehzahlen (bis zu 17.000 Umdrehungen pro Minute) und war natürlicher ausgewuchtet. Allerdings musste der Motor zum Wechseln der Zündkerzen zerlegt werden und enthielt mehr Teile. Der KKM-Motor war einfacher und hatte ein festes Gehäuse. ⓘ

Lizenzen vergeben

1960 unterzeichneten NSU, die Firma, bei der die beiden Erfinder beschäftigt waren, und die US-Firma Curtiss-Wright eine gemeinsame Vereinbarung. NSU sollte sich auf die Entwicklung von Wankelmotoren für kleine und mittlere Leistungen konzentrieren, während Curtiss-Wright Hochleistungsmotoren entwickeln sollte, darunter auch Flugzeugtriebwerke, bei denen Curtiss-Wright über jahrzehntelange Erfahrung in der Konstruktion und Produktion verfügte. Curtiss-Wright stellte Max Bentele als Leiter seines Entwicklungsteams ein. ⓘ

Viele Hersteller unterzeichneten Lizenzverträge für die Entwicklung, da sie von der Laufruhe und der Zuverlässigkeit der unkomplizierten Konstruktion überzeugt waren. Zu ihnen gehörten Alfa Romeo, American Motors, Citroën, Ford, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki und Toyota. In den Vereinigten Staaten leistete Curtiss-Wright 1959 unter Lizenz von NSU Pionierarbeit bei der Verbesserung der grundlegenden Motorkonstruktion. In Großbritannien leistete die Motor Car Division von Rolls Royce in den 1960er Jahren Pionierarbeit bei der Entwicklung einer zweistufigen Dieselversion des Wankelmotors. ⓘ

Citroën forschte intensiv und produzierte den M35, den GS Birotor und den RE-2 [fr] Hubschrauber mit Motoren von Comotor, einem Gemeinschaftsunternehmen von Citroën und NSU. General Motors schien zu dem Schluss gekommen zu sein, dass der Wankelmotor in der Herstellung etwas teurer war als ein gleichwertiger Hubkolbenmotor. General Motors behauptete, das Problem des Kraftstoffverbrauchs gelöst zu haben, scheiterte aber bei der gleichzeitigen Erreichung akzeptabler Abgaswerte. Mercedes-Benz baute einen Wankelmotor in sein Konzeptfahrzeug C111 ein. ⓘ

Deere & Company entwarf eine Version, die mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden konnte. Die Konstruktion wurde in den späten 1980er Jahren als Antriebsquelle für Kampffahrzeuge und andere Geräte des United States Marine Corps vorgeschlagen. ⓘ

1961 begannen die sowjetischen Forschungsorganisationen NATI, NAMI und VNIImotoprom mit der Entwicklung von Versuchsmotoren mit unterschiedlichen Technologien. Auch der sowjetische Automobilhersteller AvtoVAZ experimentierte ohne Lizenz mit der Konstruktion von Wankelmotoren und führte eine begrenzte Anzahl von Motoren in einigen Fahrzeugen ein. ⓘ

Mitte September 1967 wurden sogar Wankelmotor-Modelle von der deutschen Firma Graupner Aeromodelling Products angeboten, die von O.S. Engines aus Japan hergestellt wurden. ⓘ

Trotz zahlreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der ganzen Welt hat nur Mazda Wankelmotoren in großen Stückzahlen hergestellt. ⓘ

Entwicklungen für Motorräder

In Großbritannien entwickelte Norton Motorcycles einen Wankelmotor für Motorräder, der auf dem luftgekühlten Rotor-Wankelmotor von Sachs basierte, der das Motorrad DKW/Hercules W-2000 antrieb. Dieser Zweikreiselmotor wurde in der Commander und der F1 eingesetzt. Norton verbesserte die Luftkühlung des Sachs-Motors und führte eine Plenumkammer ein. Auch Suzuki stellte ein Serienmotorrad mit Wankelmotor her, die RE-5, bei der die Apex-Dichtungen aus einer ferroTiC-Legierung und ein NSU-Rotor verwendet wurden, um die Lebensdauer des Motors zu verlängern. ⓘ

Entwicklungen für Autos

Mazda und NSU unterzeichneten 1961 einen Studienvertrag zur Entwicklung des Wankelmotors und konkurrierten darum, das erste Auto mit Wankelmotor auf den Markt zu bringen. Obwohl Mazda in jenem Jahr einen experimentellen Wankelmotor herstellte, war NSU 1964 mit dem sportlichen NSU Spider das erste Unternehmen, das ein Wankelauto auf den Markt brachte; Mazda konterte mit einer Ausstellung von Wankelmotoren mit zwei und vier Rotoren auf der Tokio Motor Show in jenem Jahr. 1967 begann NSU mit der Produktion eines Luxuswagens mit Wankelmotor, des Ro 80. Im Gegensatz zu Mazda und Curtiss-Wright hatte NSU jedoch keine zuverlässigen Apex-Dichtungen am Rotor hergestellt. NSU hatte Probleme mit dem Verschleiß der Apex-Dichtungen, schlechter Wellenschmierung und schlechtem Kraftstoffverbrauch, was zu häufigen Motorausfällen führte, die erst 1972 behoben wurden, was zu hohen Garantiekosten führte, die die weitere Entwicklung des NSU-Wankelmotors einschränkten. Diese verfrühte Markteinführung des neuen Wankelmotors brachte allen Marken einen schlechten Ruf ein, und selbst als diese Probleme bei den letzten von NSU in der zweiten Hälfte der 70er Jahre produzierten Motoren behoben waren, erholte sich der Absatz nicht. Nach der Übernahme von NSU baute Audi 1979 einen neuen Motor KKM 871 mit seitlichen Einlasskanälen, einem 750-ccm-Raum, 170 PS (130 kW) bei 6.500 U/min und 220 Nm (162 ft-lb) bei 3.500 U/min. Der Motor wurde in einen Audi 100 mit der Bezeichnung "Audi 200" eingebaut, aber nicht in Serie produziert. ⓘ

Der erste Wankelmotor von Mazda, Vorläufer des 10A, im Mazda-Museum in Hiroshima, Japan ⓘ

Der Mercedes-Benz C111 war mit einem Wankelmotor mit vier Rotoren ausgestattet. ⓘ

Mazda behauptete jedoch, das Problem der Scheiteldichtung gelöst zu haben, da die Testmotoren 300 Stunden lang bei hohen Drehzahlen ohne Ausfall liefen. Nach jahrelanger Entwicklung war der Cosmo 110S aus dem Jahr 1967 das erste Fahrzeug von Mazda mit Wankelmotor. Es folgten eine Reihe von Fahrzeugen mit Wankelmotor, darunter ein Bus und ein Pickup. Die Kunden lobten häufig die Laufruhe der Fahrzeuge. Mazda entschied sich jedoch für eine Methode zur Einhaltung der Kohlenwasserstoff-Emissionsnormen, die zwar in der Herstellung kostengünstiger war, aber den Kraftstoffverbrauch erhöhte. Zum Unglück für Mazda wurde diese Methode unmittelbar vor einem starken Anstieg der Kraftstoffpreise eingeführt. Curtiss-Wright produzierte den RC2-60-Motor, der in Leistung und Kraftstoffverbrauch mit einem V8-Motor vergleichbar war. Im Gegensatz zu NSU hatte Curtiss-Wright das Problem der Rotordichtungen gelöst, so dass die Dichtungen bis 1966 100.000 Meilen (160.000 km) hielten. ⓘ

Mazda gab den Wankelmotor später in den meisten seiner Fahrzeugkonstruktionen auf und verwendete ihn nur noch in seinen Sportwagen, die bis August 2002 unter dem Namen RX-7 produziert wurden. Das Unternehmen verwendete normalerweise Zwei-Rotor-Konstruktionen. Ein fortschrittlicherer Doppelturbo-Dreikreiselmotor wurde 1991 in den Sportwagen Eunos Cosmo eingebaut. Im Jahr 2003 führte Mazda den Renesis-Motor für den RX-8 ein. Beim Renesis-Motor wurden die Auspufföffnungen vom Rand des Rotationsgehäuses an die Seiten verlegt, was zu größeren Gesamtöffnungen, einem besseren Luftstrom und einer weiteren Leistungssteigerung führte. Einige frühe Wankelmotoren hatten ebenfalls seitliche Auslassöffnungen, doch wurde dieses Konzept wegen der Kohlenstoffablagerungen in den Öffnungen und an den Seiten des Rotors aufgegeben. Der Renesis-Motor löste das Problem durch den Einsatz einer seitlichen Keystone-Abstreifdichtung und ging die Schwierigkeiten mit der thermischen Verformung an, indem er einige Teile aus Keramik einbaute. Der Renesis-Motor leistet 238 PS (177 kW), ist sparsamer, zuverlässiger und schadstoffärmer als frühere Mazda-Kreiskolbenmotoren, und das alles bei einem Hubraum von 1,3 l. Dies reichte jedoch nicht aus, um die strengeren Emissionsvorschriften zu erfüllen. Mazda stellte die Produktion seines Wankelmotors 2012 ein, nachdem der Motor die strengeren Euro-5-Abgasnormen nicht erfüllte, so dass kein Automobilhersteller mehr ein Fahrzeug mit Wankelmotor verkauft. Das Unternehmen setzt die Entwicklung der nächsten Generation von Wankelmotoren, dem SkyActiv-R, fort. Mazda gibt an, dass der SkyActiv-R die drei Hauptprobleme der bisherigen Rotationsmotoren löst: Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Zuverlässigkeit. Mazda und Toyota gaben bekannt, dass sie sich zusammengetan haben, um eine Erweiterung der Motorenpalette für Fahrzeuge zu entwickeln. ⓘ

Dieser Schnitt durch einen GM-Kreiskolbenmotor von 1972 zeigt zwei Rotoren. ⓘ

Die American Motors Corporation (AMC), der kleinste US-Automobilhersteller, war so überzeugt, "... dass der Kreiskolbenmotor eine wichtige Rolle als Antrieb für die Autos und Lastwagen der Zukunft spielen wird ...", dass der Vorsitzende Roy D. Chapin Jr. im Februar 1973 nach einjährigen Verhandlungen eine Vereinbarung über den Bau von Wankelmotoren sowohl für Personenkraftwagen als auch für Jeeps sowie über das Recht zum Verkauf aller produzierten Kreiskolbenmotoren an andere Unternehmen unterzeichnete. Der Präsident von AMC, William Luneburg, rechnete nicht mit einer dramatischen Entwicklung bis 1980, aber Gerald C. Meyers, AMCs Vizepräsident der technischen Produktgruppe, schlug vor, dass AMC die Motoren von Curtiss-Wright kaufen sollte, bevor es seine eigenen Wankelmotoren entwickelte, und prognostizierte einen vollständigen Übergang zum Kreiselantrieb bis 1984. Geplant war, den Motor im AMC Pacer einzusetzen, doch die Entwicklung wurde verschoben. American Motors konstruierte den einzigartigen Pacer um den Motor herum. 1974 beschloss AMC, den Wankelmotor von General Motors (GM) zu kaufen, anstatt einen eigenen Motor zu bauen. Sowohl GM als auch AMC bestätigten, dass die Zusammenarbeit bei der Vermarktung des neuen Motors von Vorteil sein würde, wobei AMC behauptete, dass der GM-Wankelmotor einen guten Kraftstoffverbrauch aufwies. Die GM-Motoren waren jedoch noch nicht in Produktion, als der Pacer auf den Markt kam. Die Ölkrise von 1973 trug dazu bei, den Einsatz des Wankelmotors zu verhindern. Steigende Kraftstoffpreise und die Diskussion über die geplanten US-Abgasnormen trugen ebenfalls zu den Bedenken bei. ⓘ

Bis 1974 war es der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von GM nicht gelungen, einen Wankelmotor zu entwickeln, der sowohl die Emissionsanforderungen erfüllte als auch einen guten Kraftstoffverbrauch aufwies, so dass das Unternehmen beschloss, das Projekt einzustellen. Aufgrund dieser Entscheidung veröffentlichte das Forschungs- und Entwicklungsteam nur teilweise die Ergebnisse seiner jüngsten Forschungen, in denen behauptet wurde, das Problem des Kraftstoffverbrauchs gelöst zu haben und zuverlässige Motoren mit einer Lebensdauer von mehr als 850.000 km (530.000 Meilen) zu bauen. Diese Ergebnisse wurden bei der Anordnung der Annullierung nicht berücksichtigt. Die Beendigung des Wankelprojekts von GM zwang AMC, den Pacer so umzubauen, dass er den ehrwürdigen AMC-Reihen-6-Motor für den Antrieb der Hinterräder erhielt. ⓘ

1974 richtete die Sowjetunion ein spezielles Motorenkonstruktionsbüro ein, das 1978 einen Motor mit der Bezeichnung VAZ-311 entwickelte, der in ein VAZ-2101-Fahrzeug eingebaut wurde. 1980 begann das Unternehmen mit der Auslieferung des VAZ-411-Doppelrotor-Wankelmotors in VAZ-2106- und Lada-Fahrzeugen, von denen etwa 200 Stück hergestellt wurden. Der größte Teil der Produktion ging an die Sicherheitsdienste. Die nächsten Modelle waren der VAZ-4132 und der VAZ-415. Eine rotierende Version des Samara wurde ab 1997 an die russische Öffentlichkeit verkauft. Aviadvigatel, das sowjetische Konstruktionsbüro für Flugzeugtriebwerke, soll Wankelmotoren mit elektronischer Einspritzung für Starrflügler und Hubschrauber hergestellt haben, obwohl nur wenige spezifische Informationen aufgetaucht sind. ⓘ

Ford forschte auf dem Gebiet der Wankelmotoren, was zur Erteilung von Patenten führte: GB 1460229, 1974, Verfahren zur Herstellung von Gehäusen; US 3833321, 1974, Beschichtung von Seitenplatten; US 3890069, 1975, Beschichtung von Gehäusen; CA 1030743, 1978: Ausrichtung von Gehäusen; CA 1045553, 1979, Zusammenbau von Lamellenventilen. Im Jahr 1972 erklärte Henry Ford II, dass der Drehkolben den Kolben "zu meinen Lebzeiten" wahrscheinlich nicht ersetzen werde. ⓘ

Technik

Apex-Dichtungen, links NSU Ro 80 Serie und Research und rechts Mazda 12A und 13B ⓘ

• Links: Mazda L10A Sturz-Axialkühlung
• Mitte: Audi NSU EA871 axiale Wasserkühlung nur der heiße Bug
• Rechts: Diamond Engines Wankel Radialkühlung nur der heiße Bug ⓘ

Felix Wankel gelang es, die meisten Probleme zu überwinden, die bei früheren Rotationsmotoren zum Scheitern führten, indem er eine Konfiguration mit Schaufeldichtungen entwickelte, deren Spitzenradius dem Übermaß" des Rotorgehäuses im Vergleich zum theoretischen Epitrochoid entsprach, um die Bewegung der radialen Scheiteldichtung zu minimieren, und einen zylindrischen, gasbeladenen Scheitelstift einführte, der an allen Dichtungselementen anlag, um die drei Ebenen an jedem Rotorscheitel abzudichten. ⓘ

In den Anfängen mussten für unterschiedliche Gehäuseabmessungen spezielle Produktionsmaschinen gebaut werden. Patentierte Konstruktionen wie U.S. Patent 3,824,746, G. J. Watt, 1974, für eine "Wankel Engine Cylinder Generating Machine", U.S. Patent 3,916,738, "Apparatus for machining and/or treatment of trochoidal surfaces" und U.S. Patent 3,964,367, "Device for machining trochoidal inner walls", und andere, lösten das Problem jedoch. ⓘ

Kreiskolbenmotoren haben ein Problem, das bei Viertakt-Hubkolbenmotoren nicht auftritt, nämlich die Tatsache, dass Ansaugung, Verdichtung, Verbrennung und Auspuff an festen Stellen im Blockgehäuse stattfinden. Im Gegensatz dazu führen Hubkolbenmotoren diese vier Takte in einer Kammer aus, so dass die Extreme des "gefrierenden" Einlasses und des "flammenden" Auslasses gemittelt und durch eine Grenzschicht vor einer Überhitzung der Arbeitsteile geschützt werden. Der Einsatz von Wärmerohren in einem luftgekühlten Wankelmotor wurde von der University of Florida vorgeschlagen, um diese ungleichmäßige Erwärmung des Blockgehäuses zu überwinden. Die Vorwärmung bestimmter Gehäuseteile mit Abgas verbesserte die Leistung und den Kraftstoffverbrauch und verringerte außerdem den Verschleiß und die Emissionen. ⓘ

Die Grenzschichtschilde und der Ölfilm wirken als Wärmedämmung, was zu einer niedrigen Temperatur des Schmierfilms führt (bei einem wassergekühlten Wankelmotor etwa maximal 200 °C oder 392 °F). Dies führt zu einer konstanteren Oberflächentemperatur. Die Temperatur um die Zündkerze entspricht in etwa der Temperatur im Brennraum eines Hubkolbenmotors. Bei einer Umfangs- oder Axialströmungskühlung bleibt der Temperaturunterschied erträglich. ⓘ

Während der Forschung in den 1950er und 1960er Jahren traten Probleme auf. Eine Zeit lang hatten die Ingenieure mit so genannten "Rattermarken" und "Teufelskratzern" in der inneren Epitrochoidenoberfläche zu kämpfen. Sie entdeckten, dass die Ursache darin lag, dass die Apex-Dichtungen eine Resonanzschwingung erreichten, und das Problem wurde durch eine Verringerung der Dicke und des Gewichts der Apex-Dichtungen gelöst. Nach der Einführung besser verträglicher Materialien für Dichtungen und Gehäusebeschichtungen verschwanden die Kratzer. Ein weiteres frühes Problem war die Bildung von Rissen in der Statoroberfläche in der Nähe des Kerzenlochs. Dieses Problem wurde beseitigt, indem die Zündkerzen in einem separaten Metalleinsatz/einer Kupferhülse im Gehäuse installiert wurden, anstatt dass die Kerze direkt in das Blockgehäuse geschraubt wurde. Toyota stellte fest, dass der Ersatz der Zündkerze an der Spitze des Motors durch eine Glühkerze den spezifischen Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen und Teillast sowie die Emissionen und den Leerlauf um 7 % verbesserte. Eine spätere alternative Lösung für die Kühlung des Zündkerzensteckers wurde mit einem variablen Kühlmittelgeschwindigkeitsschema für wassergekühlte Rotoren bereitgestellt, das weit verbreitet war und von Curtiss-Wright patentiert wurde, wobei die letztgenannte Lösung für eine bessere Kühlung des Zündkerzensteckers bei luftgekühlten Motoren verwendet wurde. Diese Ansätze erforderten keinen hochleitfähigen Kupfereinsatz, schlossen dessen Verwendung aber nicht aus. Ford testete einen Kreiskolbenmotor, bei dem die Zündkerzen in den Seitenplatten und nicht wie üblich in der Arbeitsfläche des Gehäuses angebracht waren (CA 1036073, 1978). ⓘ

Neuere Entwicklungen

Die Vergrößerung des Hubraums und der Leistung eines Kreiskolbenmotors durch Hinzufügen weiterer Rotoren zu einer Basiskonstruktion ist einfach, doch kann die Anzahl der Rotoren eine Grenze darstellen, da die Leistungsabgabe über die letzte Rotorwelle erfolgt und an diesem Punkt alle Belastungen des gesamten Motors auftreten. Bei Triebwerken mit mehr als zwei Rotoren wurde die Kopplung von zwei Doppelrotorsätzen durch eine Zahnkupplung (z. B. ein Hirth-Gelenk) zwischen den beiden Rotorsätzen erfolgreich getestet. ⓘ

Bei Forschungsarbeiten im Vereinigten Königreich im Rahmen des SPARCS-Projekts (Self-Pressurising-Air Rotor Cooling System) wurde festgestellt, dass Leerlaufstabilität und Wirtschaftlichkeit dadurch erreicht werden, dass nur ein Rotor in einem Mehrrotortriebwerk in einem zwangsluftgekühlten Rotor mit einem zündfähigen Gemisch versorgt wird, ähnlich wie bei den luftgekühlten Norton-Konstruktionen. ⓘ

Die Nachteile des Wankelmotors - unzureichende Schmierung und Kühlung bei Umgebungstemperaturen, kurze Lebensdauer des Motors, hohe Emissionen und geringe Kraftstoffeffizienz - wurden vom Norton-Rotationsmotorenspezialisten David Garside angegangen, der 2016 drei patentierte Systeme entwickelte.

• SPARCS
• Kompakt-SPARCS
• CREEV (Compound Rotary Engine für Elektrofahrzeuge) ⓘ

SPARCS und Compact-SPARCS bieten eine hervorragende Wärmeableitung und einen effizienten Wärmeausgleich zur Optimierung der Schmierung. Ein Problem bei Rotationsmotoren besteht darin, dass das Motorgehäuse im Betrieb ständig kühle und heiße Oberflächen aufweist. Außerdem entsteht im Inneren des Motors eine übermäßige Hitze, die das Schmieröl schnell zersetzt. Das SPARCS-System reduziert diese großen Temperaturunterschiede im Metall des Motorgehäuses und kühlt auch den Rotor vom Motorgehäuse aus. Dies führt zu einem geringeren Motorverschleiß und verlängert die Lebensdauer des Motors. Wie im Unmanned Systems Technology Magazine beschrieben, "verwendet SPARCS einen geschlossenen Rotorkühlkreislauf, der aus einem umlaufenden Zentrifugalventilator und einem Wärmetauscher zur Wärmeabfuhr besteht. Dieser wird selbst unter Druck gesetzt, indem das Blow-by an den rotorseitigen Gasdichtungen aus den Arbeitskammern aufgefangen wird." Der CREEV ist ein "Abgasreaktor" mit einer Welle und einem Rotor im Inneren, der eine andere Form als ein Wankelrotor hat. Der Reaktor, der sich im Abgasstrom außerhalb des Verbrennungsraums des Motors befindet, verbraucht die unverbrannten Abgasprodukte ohne ein zweites Zündsystem, bevor er die verbrannten Gase in das Auspuffrohr leitet. Die Pferdestärke wird an die Reaktorwelle abgegeben. Dadurch werden niedrigere Emissionen und eine bessere Kraftstoffeffizienz erreicht. Alle drei Patente sind derzeit an die im Vereinigten Königreich ansässigen Ingenieure von AIE (UK) Ltd. lizenziert. ⓘ

Werkstoffe

Im Gegensatz zu einem Kolbenmotor, bei dem der Zylinder durch den Verbrennungsprozess erwärmt und dann durch die einströmende Ladung gekühlt wird, wird das Wankelrotorgehäuse ständig auf einer Seite erwärmt und auf der anderen Seite gekühlt, was zu hohen lokalen Temperaturen und ungleicher Wärmeausdehnung führt. Dies stellt zwar hohe Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe, doch die Einfachheit des Wankels erleichtert die Verwendung alternativer Werkstoffe, wie z. B. exotische Legierungen und Keramiken. Durch die Wasserkühlung in radialer oder axialer Strömungsrichtung und die Erwärmung des kalten Mantels durch das heiße Wasser des heißen Mantels bleibt die Wärmeausdehnung tolerierbar. Durch die Verwendung von Wärmerohren um das Gehäuse und in den Seitenplatten als Kühlmittel konnte die Höchsttemperatur des Motors auf 129 °C (264 °F) gesenkt werden, mit einer maximalen Temperaturdifferenz zwischen den Motorteilen von 18 °C (32 °F). ⓘ

Zu den Legierungen, die für Wankelgehäuse verwendet werden, gehören A-132, Inconel 625 und 356, das auf T6-Härte behandelt wurde. Für die Beschichtung der Arbeitsfläche des Gehäuses wurden verschiedene Materialien verwendet, darunter Nikasil. Citroën, Mercedes-Benz, Ford, A.P. Grazen und andere meldeten Patente auf diesem Gebiet an. Bei den Scheiteldichtungen hat sich die Auswahl der Werkstoffe mit den gewonnenen Erfahrungen weiterentwickelt, von Kohlenstofflegierungen über Stahl bis hin zu ferromagnetischen und anderen Werkstoffen. Die Kombination zwischen der Gehäusebeschichtung und den Werkstoffen der Apex- und Seitendichtungen wurde experimentell ermittelt, um die beste Lebensdauer von Dichtungen und Gehäusedeckel zu erreichen. Für die Welle werden Stahllegierungen mit geringer Verformung unter Last bevorzugt, wofür die Verwendung von Maraging-Stahl vorgeschlagen wurde. ⓘ

In den ersten Jahren der Entwicklung des Wankelmotors war verbleites Benzin die vorherrschende Kraftstoffsorte. Blei ist ein Festschmierstoff, und verbleites Benzin soll den Verschleiß von Dichtungen und Gehäusen verringern. Bei den ersten Motoren wurde die Ölzufuhr unter Berücksichtigung der Schmiereigenschaften des Benzins berechnet. Als das verbleite Benzin auslief, benötigten die Wankelmotoren eine höhere Ölmischung im Benzin, um die Schmierung der kritischen Motorteile zu gewährleisten. Erfahrene Benutzer raten, auch bei Motoren mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung mindestens 1 % Öl direkt dem Benzin beizumischen, als Sicherheitsmaßnahme für den Fall, dass die Pumpe, die die Teile im Brennraum mit Öl versorgt, ausfällt oder Luft ansaugt. Bleitetraethyl (TEL) verbrennt im Motor unter Bildung von Kohlendioxid, Bleioxid und Wasser. Da sich das Bleioxid im Brennraum ablagern würde, wird TEL zusammen mit Ethylbromid oder Ethylenchlorid verwendet, die das Bleioxid in Bleibromid oder Bleichlorid umwandeln, die leichter verdampfen. In einem SAE-Papier von David Garside werden die von Norton gewählten Materialien und Kühlrippen ausführlich beschrieben. ⓘ

Es wurden mehrere Ansätze mit Festschmierstoffen getestet, und sogar die Zugabe von LiquiMoly (mit MoS₂) in einer Menge von 1 cc (1 ml) pro Liter Kraftstoff wird empfohlen. Viele Ingenieure sind sich einig, dass die Zugabe von Öl zum Benzin wie bei alten Zweitaktmotoren für die Zuverlässigkeit des Motors sicherer ist als eine Ölpumpe, die in das Ansaugsystem oder direkt zu den zu schmierenden Teilen spritzt. Eine kombinierte Öl-in-Kraftstoff- und Öldosierpumpe ist immer möglich. ⓘ

Abdichtung

Bei frühen Motorkonstruktionen traten häufig Dichtungsverluste auf, sowohl zwischen dem Rotor und dem Gehäuse als auch zwischen den verschiedenen Teilen, aus denen das Gehäuse besteht. Außerdem konnten sich bei früheren Wankelmotoren Kohlenstoffpartikel zwischen der Dichtung und dem Gehäuse festsetzen, die den Motor blockierten und eine teilweise Überholung erforderlich machten. Bei sehr frühen Mazda-Motoren war es üblich, dass sie nach 50.000 Meilen (80.000 km) erneuert werden mussten. Weitere Dichtungsprobleme ergaben sich aus der ungleichmäßigen Wärmeverteilung in den Gehäusen, die zu Verformungen und zum Verlust der Dichtheit und Kompression führte. Diese thermische Verformung führte auch zu ungleichmäßigem Verschleiß zwischen der Apex-Dichtung und dem Rotorgehäuse, was bei Motoren mit höherer Laufleistung deutlich wurde. Das Problem wurde noch verschärft, wenn der Motor vor Erreichen der Betriebstemperatur belastet wurde. Mit den Mazda-Kreiskolbenmotoren wurden diese anfänglichen Probleme jedoch gelöst. Heutige Motoren haben fast 100 dichtungsbezogene Teile. ⓘ

Das Problem des Freiraums für heiße Rotorspitzen, die zwischen den axial engeren Seitengehäusen in den kühleren Ansaugbereichen hindurchlaufen, wurde durch die Verwendung einer axialen Rotorsteuerung radial innerhalb der Öldichtungen sowie durch eine verbesserte Trägheitsölkühlung des Rotorinneren gelöst (C-W US 3261542, C. Jones, 5/8/63, US 3176915, M. Bentele, C. Jones. A.H. Raye. 7/2/62), und leicht "ballige" Apex-Dichtungen (unterschiedliche Höhe in der Mitte und an den Enden der Dichtung). ⓘ

Kraftstoffverbrauch und Emissionen

Der Wankelmotor hat Probleme mit dem Kraftstoffverbrauch und den Emissionen bei der Verbrennung von Benzin. Benzingemische zünden nur langsam, haben eine langsame Flammenausbreitungsgeschwindigkeit und einen größeren Löschabstand beim Kompressionszyklus von 2 mm im Vergleich zu 0,6 mm bei Wasserstoff. Diese Faktoren führen dazu, dass Kraftstoff verschwendet wird, der eigentlich Energie erzeugt hätte, was den Wirkungsgrad verringert. Der Spalt zwischen dem Rotor und dem Motorgehäuse ist für Benzin im Kompressionszyklus zu eng, für Wasserstoff jedoch ausreichend breit. Der enge Spalt ist notwendig, um die Kompression zu erzeugen. Wenn der Motor mit Benzin betrieben wird, werden die Benzinreste über den Auspuff in die Atmosphäre ausgestoßen. Bei der Verwendung von Wasserstoff ist dies kein Problem, da das gesamte Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer verbrannt wird, was nahezu keine Emissionen verursacht und die Kraftstoffeffizienz um 23 % steigert. ⓘ

Die Form des Wankelbrennraums ist bei Verwendung von Benzin mit niedrigerem Oktanwert widerstandsfähiger gegen Frühzündungen als ein vergleichbarer Kolbenmotor. Die Brennraumform kann auch zu einer unvollständigen Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Ladung bei Verwendung von Ottokraftstoff führen. Dies würde dazu führen, dass eine größere Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe in den Auspuff geleitet wird. Die NOx-Emissionen des Abgases sind jedoch relativ gering, da die Verbrennungstemperaturen niedriger sind als bei anderen Motoren und auch wegen der Abgasrückführung (AGR) in frühen Motoren. Sir Harry Ricardo wies in den 1920er Jahren nach, dass sich die Flammentemperatur pro 1 % Erhöhung des Abgasanteils im Gemisch um 7 °C verringert. Auf diese Weise konnte Mazda 1973 mit einem einfachen und kostengünstigen "thermischen Reaktor", einer vergrößerten Kammer im Auspuffkrümmer, den United States Clean Air Act von 1970 erfüllen. Durch Verringerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unterstützten die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) im Auspuff die Verbrennung im thermischen Reaktor. Autos mit Kolbenmotor benötigten teure Katalysatoren, um sowohl die unverbrannten Kohlenwasserstoffe als auch die NOx-Emissionen zu beseitigen. ⓘ

Diese kostengünstige Lösung erhöhte den Kraftstoffverbrauch. Der Absatz von Fahrzeugen mit Kreiskolbenmotor litt unter der Ölkrise von 1973, die den Benzinpreis in die Höhe trieb und zu einem Rückgang der Verkaufszahlen führte. Toyota entdeckte, dass das Einblasen von Luft in den Auspuffbereich den Kraftstoffverbrauch verbesserte und die Emissionen reduzierte. Die besten Ergebnisse wurden mit Löchern in den Seitenplatten erzielt; die Einspritzung in den Auspuffkanal hatte keinen nennenswerten Einfluss. Die Verwendung eines dreistufigen Katalysators mit Luftzufuhr in der Mitte, wie bei Zweitakt-Kolbenmotoren, erwies sich ebenfalls als vorteilhaft für die Einhaltung der Emissionsvorschriften. ⓘ

Mit der Einführung des RX-7 im Jahr 1978 hatte Mazda die Kraftstoffeffizienz des thermischen Reaktorsystems um 40% verbessert. Dennoch ging Mazda schließlich zum Katalysatorsystem über. Nach den Forschungsergebnissen von Curtiss-Wright ist der Faktor, der die Menge an unverbranntem Kohlenwasserstoff im Abgas steuert, die Temperatur der Rotoroberfläche, wobei höhere Temperaturen weniger Kohlenwasserstoff erzeugen. Curtiss-Wright hat auch gezeigt, dass der Rotor verbreitert werden kann, während die übrige Architektur des Motors unverändert bleibt, wodurch die Reibungsverluste verringert und der Hubraum und die Leistung erhöht werden. Der begrenzende Faktor für diese Verbreiterung war mechanischer Natur, insbesondere die Wellendurchbiegung bei hohen Drehzahlen. Bei hohen Drehzahlen ist die Abschreckung die wichtigste Quelle für Kohlenwasserstoff, bei niedrigen Drehzahlen die Leckage. ⓘ

Wankelmotoren für Kraftfahrzeuge sind für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine frühere Öffnung der Ansaugöffnung, längere Ansaugkanäle und eine größere Exzentrizität des Rotors das Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen erhöhen können. Die Form und Positionierung der Aussparung im Rotor, die den größten Teil des Brennraums ausmacht, beeinflusst die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch. Die Ergebnisse in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen variieren je nach Form der Verbrennungsmulde, die durch die Anordnung der Zündkerzen pro Kammer eines einzelnen Motors bestimmt wird. ⓘ

Der RX-8 von Mazda mit dem Renesis-Motor erfüllt die Anforderungen des Staates Kalifornien an den Kraftstoffverbrauch, einschließlich der kalifornischen Standards für Fahrzeuge mit niedrigen Emissionen (LEV). Dies wurde durch eine Reihe von Innovationen erreicht. Die Auspufföffnungen, die sich bei früheren Mazda-Motoren in den Rotorgehäusen befanden, wurden an die Seiten des Brennraums verlegt. Damit wurde das Problem der früheren Ascheablagerungen im Motor und der thermischen Verformung der seitlichen Ein- und Auslassöffnungen gelöst. An den Rotorseiten wurde eine Abstreifdichtung angebracht, und im Motor wurden einige Keramikteile verwendet. Auf diese Weise konnte Mazda die Überlappung zwischen den Ansaug- und Auspufföffnungen beseitigen und gleichzeitig die Fläche der Auspufföffnung vergrößern. Der seitliche Auslass schloss den unverbrannten Kraftstoff in der Kammer ein, verringerte den Ölverbrauch und verbesserte die Verbrennungsstabilität im Niedriggeschwindigkeits- und Leichtlastbereich. Die HC-Emissionen des Wankelmotors mit seitlichem Auslass sind um 35-50 % geringer als die des Wankelmotors mit peripherem Auslass, da sich die Einlass- und Auslassöffnungen praktisch nicht überschneiden. Kreiskolbenmotoren mit peripherem Auslass haben einen besseren mittleren effektiven Druck, insbesondere bei hohen Drehzahlen und mit einem rechteckigen Einlasskanal. Der RX-8 wurde jedoch nicht verbessert, um die Euro-5-Abgasnorm zu erfüllen, und wurde 2012 aus dem Programm genommen. ⓘ

Mazda setzt die Entwicklung der nächsten Generation von Wankelmotoren fort. Das Unternehmen forscht an der Laserzündung des Motors, die herkömmliche Zündkerzen überflüssig macht, an der direkten Kraftstoffeinspritzung, der funkenlosen HCCI-Zündung und der SPCCI-Zündung. Dies führt zu einer größeren Exzentrizität des Rotors (gleichbedeutend mit einem längeren Hub in einem Hubkolbenmotor), mit verbesserter Elastizität und niedrigem Drehmoment pro Minute. Forschungen von T. Kohno haben gezeigt, dass der Einbau einer Glühkerze in den Brennraum den Kraftstoffverbrauch bei Teillast und niedrigen Drehzahlen um 7 % verbessert. Diese Innovationen versprechen eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen. ⓘ

Um die Kraftstoffeffizienz weiter zu verbessern, prüft Mazda den Einsatz des Wankelmotors als Reichweitenverlängerer in Serien-Hybridfahrzeugen und kündigte im November 2013 einen Prototyp, den Mazda2 EV, zur Bewertung durch die Presse an. Diese Konfiguration verbessert die Kraftstoffeffizienz und die Emissionen. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Wankelmotor bei konstanter Drehzahl eine längere Lebensdauer hat. Durch die Beibehaltung einer nahezu konstanten oder schmalen Drehzahl werden viele der Nachteile des Wankelmotors beseitigt bzw. erheblich reduziert. ⓘ

Im Jahr 2015 wurde von den britischen Ingenieuren AIE (UK) Ltd. ein neues System zur Verringerung der Emissionen und zur Steigerung der Kraftstoffeffizienz bei Wankelmotoren entwickelt, nachdem eine Lizenzvereinbarung zur Nutzung der Patente des Erfinders des Norton-Kreiskolbenmotors, David Garside, geschlossen worden war. Das CREEV-System (Compound Rotary Engine for Electric Vehicles) nutzt einen Sekundärrotor, um Energie aus dem Abgas zu gewinnen. Dabei werden unverbrannte Abgasprodukte verbraucht, während die Expansion in der Sekundärrotorstufe erfolgt, wodurch die Gesamtemissionen und Kraftstoffkosten durch die Rückgewinnung von Abgasenergie, die sonst verloren ginge, reduziert werden. Durch die Expansion des Abgases auf nahezu atmosphärischen Druck stellt Garside außerdem sicher, dass die Abgase des Motors kühler und leiser bleiben. AIE (UK) Ltd nutzt dieses Patent nun zur Entwicklung von Hybridantrieben für Automobile und unbemannte Luftfahrzeuge. ⓘ

Laserzündung

Herkömmliche Zündkerzen müssen in die Wände des Verbrennungsraums eingedrückt werden, damit der Scheitelpunkt des Rotors vorbeiziehen kann. Wenn die Scheiteldichtungen des Rotors das Zündkerzenloch passieren, kann eine kleine Menge komprimierter Ladung aus dem Ladungsraum in den Auspuffraum verloren gehen, was Kraftstoff in den Auspuff leitet, den Wirkungsgrad verringert und zu höheren Emissionen führt. Diese Punkte wurden durch den Einsatz der Laserzündung, den Verzicht auf herkömmliche Zündkerzen und die Beseitigung des schmalen Schlitzes im Motorgehäuse überwunden, so dass die Rotorspitzendichtungen ohne Kompressionsverlust aus den angrenzenden Kammern vollständig überstreichen können. Dieses Konzept hat einen Präzedenzfall in der von Toyota verwendeten Glühkerze (SAE-Papier 790435) und im SAE-Papier 930680 von D. Hixon et al. über "Catalytic Glow Plugs in the JDTI Stratified Charge Rotary Engine". Die Laserkerze kann durch den schmalen Schlitz feuern. Mit mehreren Lasern können die Laserkerzen auch tief in den Brennraum hineinfeuern. So ist ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich. Die direkte Kraftstoffeinspritzung, für die der Wankelmotor geeignet ist, kombiniert mit der Laserzündung in Einzel- oder Mehrfach-Laserkerzen, verbessert den Motor nachweislich noch weiter und verringert die Nachteile. ⓘ

Homogene Ladungskompressionszündung (HCCI)

Bei der homogenen Ladungskompressionszündung (HCCI) wird ein vorgemischtes, mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch bis zur Selbstzündung verdichtet, so dass die elektronische Funkenzündung entfällt. Bei Ottomotoren wird die homogene Ladung (HC) mit der Fremdzündung (SI) kombiniert, abgekürzt als HCSI. Dieselmotoren kombinieren eine geschichtete Ladung (SC) mit einer Kompressionszündung (CI), abgekürzt SCCI. HCCI-Motoren erreichen benzinmotorähnliche Emissionen mit einem Wirkungsgrad, der dem eines Kompressionszündungsmotors entspricht, und niedrigen Stickoxidemissionen (NOx) ohne Katalysator. Die unverbrannten Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen müssen jedoch noch behandelt werden, um den Emissionsvorschriften für Kraftfahrzeuge zu entsprechen. ⓘ

Mazda hat die HCCI-Zündung für sein SkyActiv-R-Kreiskolbenmotorprojekt erforscht und dabei auf Forschungsergebnisse aus seinem SkyActiv Generation 2-Programm zurückgegriffen. Eine Einschränkung bei Kreiskolbenmotoren ist die Notwendigkeit, die Zündkerze außerhalb des Brennraums zu platzieren, damit der Rotor vorbeiziehen kann. Mazda bestätigte, dass dieses Problem im Rahmen des SkyActiv-R-Projekts gelöst wurde. Kreiskolbenmotoren haben im Allgemeinen ein hohes Verdichtungsverhältnis und eignen sich daher besonders gut für den Einsatz von HCCI. ⓘ

Funkengesteuerte Kompressionszündung (SPCCI)

Bei der SPCCI werden Funken- und Kompressionszündung kombiniert. Es wird immer ein Funke verwendet, um genau zu steuern, wann die Verbrennung stattfindet. Je nach Last kann es sich um eine reine Funkenzündung oder um eine SPCCI handeln. ⓘ

Der Funke zündet einen kleinen Impuls des in den Brennraum eingespritzten fetteren Gemischs. Es entsteht ein Feuerball, der wie ein Luftkolben wirkt und den Druck und die Temperatur erhöht. Es kommt zur Selbstzündung des sehr mageren Gemischs, wobei eine schnelle, gleichmäßige und vollständige Verbrennung zu einem leistungsfähigeren Zyklus führt. Der Aspekt der Selbstzündung macht die magere Verbrennung möglich und verbessert den Wirkungsgrad des Motors um bis zu 20-30 %. Der Rotationsmotor kann vom idealen, stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch von 14,7:1 eines herkömmlichen Benzinmotors auf ein mageres Gemisch von über 29,4:1 umschalten. Der Motor befindet sich zu etwa 80 % der Betriebszeit im Magergemisch-Modus. Der Verbrennungszeitpunkt wird durch die Flamme an der Zündkerze gesteuert. ⓘ

Nach Angaben von Mazda kombiniert SPCCI die Vorteile von Benzin- und Dieselmotoren und bietet einen hohen Wirkungsgrad über einen breiten Drehzahl- und Lastbereich. In Kombination mit einem Kompressor liefert die Kompressionszündung einen Drehmomentanstieg von 20-30%. ⓘ

Rotationsmotor mit Selbstzündung

Rolls Royce R6 Zweistufen-Drehkolbenmotor mit Selbstzündung ⓘ

Rolls-Royce R1C Prototyp mit Kompressionszündung. ⓘ

Es wurden Forschungsarbeiten über Rotationsmotoren mit Selbstzündung und über die Verbrennung von Diesel-Schweröl mit Fremdzündung durchgeführt. Die grundlegenden Konstruktionsparameter des Wankelmotors schließen ein Verdichtungsverhältnis von mehr als 15:1 oder 17:1 in einem praktischen Motor aus, aber es werden ständig Versuche unternommen, einen Wankelmotor mit Selbstzündung herzustellen. Der Ansatz von Rolls-Royce und Yanmar zur Selbstzündung bestand in der Verwendung einer zweistufigen Einheit, bei der ein Rotor als Verdichter fungiert, während die Verbrennung im anderen stattfindet. Die Umrüstung eines standardmäßigen 294-ccm-Ottomotors für die Verwendung von Schweröl wurde in SAE Paper 930682 von L. Louthan beschrieben. Das SAE-Papier 930683 (BSFC 330 g/KWhr) von D. Eiermann führte zur Wankel-SuperTec-Reihe von Ottomotoren (BSFC 270-310 g/KWhr), nicht viel weniger als der Motor 250/400 von Rudolf Diesel aus dem Jahr 1897. Der Curtiss-Wright RC2-47 mit geschichteter Ladungseinspritzung erreicht dagegen Verbrauchswerte um 226 g/kWh und liegt damit gleichauf mit dem Common-Rail-Dieselmotor MTU MB 873-Ka 501. ⓘ

Die Forschung an Selbstzündungsmotoren wird von Pratt & Whitney Rocketdyne betrieben, das von der DARPA mit der Entwicklung eines Wankelmotors mit Selbstzündung für den Einsatz in einem Prototyp eines VTOL-Flugzeugs namens "Transformer" beauftragt wurde. Das Triebwerk, das auf einem früheren Konzept für ein unbemanntes Luftfahrzeug namens "Endurocore" basiert, das von einem Wankel-Dieselmotor angetrieben wird, sieht die Verwendung von Wankel-Rotoren unterschiedlicher Größe auf einer gemeinsamen Exzenterwelle vor, um die Effizienz zu erhöhen. Der Motor soll ein "Vollverdichtungs-, Vollexpansions- und Selbstzündungstaktmotor" sein. Ein Patent von Pratt & Whitney Rocketdyne vom 28. Oktober 2010 beschreibt einen Wankelmotor, der dem früheren Prototyp von Rolls-Royce oberflächlich ähnelt und einen externen Luftkompressor benötigt, um eine ausreichend hohe Verdichtung für die Verbrennung mit Selbstzündung zu erreichen. Der Entwurf unterscheidet sich vom Rolls-Royce-Selbstzünder vor allem dadurch, dass er eine Einspritzdüse sowohl im Abgaskanal zwischen den Stufen des Verbrennungsrotors und des Expansionsrotors als auch eine Einspritzdüse in der Expansionskammer des Expansionsrotors für die "Nachverbrennung" vorsieht. ⓘ

Das britische Unternehmen Rotron, das sich auf den Einsatz von Wankelmotoren in unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) spezialisiert hat, hat ein Aggregat entwickelt und gebaut, das mit Schweröl für NATO-Zwecke betrieben werden kann. Der Motor arbeitet mit Funkenzündung. Die wichtigste Innovation ist die Flammenausbreitung, die sicherstellt, dass die Flamme im gesamten Brennraum gleichmäßig brennt. Der Kraftstoff wird auf 98 Grad Celsius vorgewärmt, bevor er in den Brennraum eingespritzt wird. Es werden vier Zündkerzen verwendet, die in zwei Paaren angeordnet sind. Zwei Zündkerzen zünden die Kraftstoffladung an der Vorderseite des Rotors, wenn dieser sich in den Verbrennungsbereich des Gehäuses bewegt. Während der Rotor die Kraftstoffladung bewegt, zünden die beiden anderen einen Sekundenbruchteil hinter dem ersten Kerzenpaar, und zwar in der Nähe der Rückseite des Rotors an der Rückseite der Kraftstoffladung. Die Antriebswelle ist wassergekühlt, was auch eine Kühlwirkung auf die Innenseite des Rotors hat. Das Kühlwasser fließt auch um die Außenseite des Motors durch einen Spalt im Gehäuse, wodurch die Hitze des Motors von außen und innen reduziert wird und heiße Stellen vermieden werden. ⓘ

Wasserstoff als Kraftstoff

Mazda RX-8 Hydrogen RE Wasserstoffbetriebener Kreiskolbenmotor ⓘ

Durch die Verwendung von Wasserstoff in Wankelmotoren konnte der Wirkungsgrad um 23 % gegenüber Benzin verbessert werden, und das bei nahezu null Emissionen. Viertakt-Hubkolben-Otto-Motoren sind für die Umstellung auf Wasserstoffkraftstoff nicht gut geeignet. Das Wasserstoff-Luft-Gemisch kann zu Fehlzündungen an heißen Teilen des Motors wie dem Auslassventil und den Zündkerzen führen, da alle Viertaktvorgänge in derselben Kammer stattfinden. ⓘ

Da sich ein Wasserstoff-Luft-Gemisch schneller entzündet und schneller verbrennt als Benzin, besteht ein wichtiger Punkt bei Wasserstoff-Verbrennungsmotoren darin, Vorzündungen und Rückzündungen zu verhindern. In einem Kreiskolbenmotor findet jeder Impuls des Otto-Zyklus in verschiedenen Kammern statt. Der Kreiskolbenmotor hat keine Auslassventile, die heiß bleiben und Rückzündungen wie bei Hubkolbenmotoren verursachen können. Wichtig ist auch, dass die Ansaugkammer von der Verbrennungskammer getrennt ist, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht an heißen Stellen verbrennt. Diese strukturellen Merkmale des Kreiskolbenmotors ermöglichen den Einsatz von Wasserstoff ohne Vorzündung und Rückzündung. ⓘ

Ein Wankelmotor hat eine stärkere Strömung des Kraftstoff-Luft-Gemischs und einen längeren Betriebszyklus als ein Hubkolbenmotor, wodurch eine gründliche Vermischung von Wasserstoff und Luft erreicht wird. Das Ergebnis ist ein homogenes Gemisch ohne heiße Stellen im Motor, was für die Wasserstoffverbrennung entscheidend ist. Wasserstoff/Luft-Kraftstoffgemische zünden schneller als Benzingemische mit hoher Verbrennungsrate, so dass der gesamte Kraftstoff verbrannt wird und kein unverbrannter Kraftstoff in den Abgasstrom ausgestoßen wird, wie es bei Benzin in Rotationsmotoren der Fall ist. Die Emissionen gehen gegen Null, selbst bei Ölschmierung der Scheiteldichtungen. ⓘ

Ein weiteres Problem ist der Angriff von Hydrogenaten auf den Schmierfilm in Hubkolbenmotoren. Beim Wankelmotor wird das Problem des Hydrogenatangriffs durch die Verwendung keramischer Apex-Dichtungen umgangen. ⓘ

All diese Punkte machen den Wankelmotor zu einem idealen Motor für die Verbrennung von Wasserstoff. Mazda baute und verkaufte ein Fahrzeug, das die Eignung des Wankelmotors für die Verbrennung von Wasserstoff nutzte: den Mazda RX-8 Hydrogen RE, der mit zwei Kraftstoffen betrieben wurde und bei Bedarf von Benzin auf Wasserstoff und zurück umschalten konnte. ⓘ

Geometrie

Radkurve ⓘ

Läufer (Kolben) und Exzenterbewegung ⓘ

Beim Wankelkreiskolbenmotor dreht sich ein dreieckiger Läufer in einem doppelbogigen Gehäuse und berührt dabei ständig die Gehäusewand. Die Kontur des Kreiskolbens besteht aus drei abgeflachten Kreisbögen und sieht wie ein bauchiges Dreieck aus, ähnlich einem Reuleaux-Dreieck. Sie stellt die innere Hüllkurve (math. ein elliptisches Integral) zu dem Gehäuse dar, welches annähernd die Form eines an der langen Seite eingebuchteten Ovals hat. Die genaue Kontur des Gehäuses ist eine Epitrochoide, die als sogenannte Radkurve erzeugt wird. Sie entsteht als Verlauf eines markierten Punktes auf einem kleineren Rollrad, wenn dieses auf einem größeren Rad schlupffrei abrollt. Die Form der Radkurve entsteht entsprechend dem Radienverhältnis der beiden Räder. Im Falle des Wankelmotors verhalten sich die Radien des Grundkreises zum Abrollkreis wie 2:1 und ergeben die bekannte Gehäusekontur. Für den realen Motor wählt man als Gehäusekontur eine Äquidistante zur Radkurve im Abstand des Kuppenradius der Dichtleiste. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch durch den Wechsel des Anstellwinkels (Kippwinkel) der Dichtleiste ein ständiges Wandern der Berührungslinie mit der Laufschicht über die Dichtleistenkuppe hin und her, so dass die Dichtleisten verschleißgünstig der Gehäusekontur folgen können. Die Äquidistante beinhaltet außerdem ein ausreichend großes Spiel für die Dichtleiste und den Läufer innerhalb der Trochoïde. Der Läufer (Rotor) bildet zusammen mit dem Gehäuse (Stator) drei unabhängige, wechselnd große Kammern. Er nimmt dabei über das Läuferlager den Exzenter der im Motormittelpunkt gelagerten Exzenterwelle mit. Der Läufermittelpunkt bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn mit dem Radius e (Exzentrizität); e entspricht gleichzeitig auch dem Abstand des Exzentermittelpunktes zum Exzenterwellenmittelpunkt. ⓘ

Die Verzahnung von Kolben und Ritzel ergibt sich aus dem Drehzahlverhältnis von Kolben und Exzenterwelle. Die Verzahnung hat keine kraftübertragende Funktion, sondern unterstützt lediglich die genaue Führung des Kolbens. Das Ritzel ist fest mit dem Gehäuse-Seitenteil verbunden, die Innenverzahnung des Läufers wälzt sich darauf ab. Im Falle des Wankelmotors ist das Verzahnungsverhältnis von Innenverzahnung des Läufers zur Außenverzahnung des Ritzels wie 3:2; das ergibt beispielsweise bei 30 Innenzähnen des Läufers 20 Außenzähne für das Ritzel. Daraus folgen drei Umdrehungen der Exzenterwelle, wenn sich der Kolben einmal um seinen Mittelpunkt gedreht hat. Das Läuferlager und die Hauptlager können sowohl als Rollenlager wie auch als Gleitlager ausgeführt sein, was nur von der Art der Schmierung (Gemisch- oder Druckumlaufschmierung) abhängt. ⓘ

Die Geometrie des Wankelmotors stellt eine Auswahl aus einer Palette von Möglichkeiten dar, welche sich ergeben, wenn entweder Innenläufer oder Gehäuse mit variierenden Rollkurven erzeugt werden. ⓘ

Motoraufbau

Kammervolumen Vk und Arbeitsvolumen Vh

Bezeichnungen der einzelnen Bauteile ⓘ

Lage von Exzenterwelle, Exzenter und Ritzel im Läufer ⓘ

Bei einem Wankelmotor gibt es prinzipbedingt keinen Hubraum wie bei einem Hubkolbenmotor. Dennoch lässt sich bei einem Wankelmotor das sogenannte Arbeitsvolumen $V_{H}$ bestimmen, das äquivalent und damit direkt vergleichbar zum Hubraum eines Hubkolbenmotors ist. Das Arbeitsvolumen $V_{H}$ berechnet sich dabei aus dem Kammervolumen $V_{K}$. ⓘ

Das Kammervolumen $V_{K}$ bei einem Wankelmotor mit Trochoïde ist:

$V_{\mathrm {K} }=V_{\mathrm {K} _{\mathrm {max} }}-V_{\mathrm {K} _{\mathrm {min} }}$ ⓘ

und berechnet sich zu:

$V_{\mathrm {K} }=3\,{\sqrt {3}}\cdot (R+a)\cdot e\cdot b$

mit

$R$ … Radius des Grundkreises

$e$ … Exzentrizität

$b$ … Kammerbreite

$a$ … Äquidistante ⓘ

Die Äquidistante zur Trochoïde ist keine Trochoïde, weiters berühren sich die Dichtleisten nicht bei $V_{\mathrm {K} _{\mathrm {max} }}$ und $V_{\mathrm {K} _{\mathrm {min} }}$. Deshalb ist die Formel zur Berechnung des Kammervolumens nicht genau, was aber zu vernachlässigen ist. ⓘ

Für den Ablauf des Viertaktarbeitsprozesses muss die Exzenterwelle des Wankemotors drei volle Umdrehungen (1080°) machen. Da an jeder Kolbenseite aber um 360° phasenversetzt gleichzeitig ein Arbeitsspiel stattfindet, wird pro Exzenterwellenumdrehung einmal das gesamte Arbeitsvolumen angesaugt und einmal gezündet. Dies kann mit einem Zweizylinderviertaktmotor verglichen werden, der um 360° zueinander versetzte Arbeitstakte hat. ⓘ

Das Arbeitsvolumen $V_{H}$ des Wankelmotors muss daher wie folgt berechnet werden:

$V_{H}=2\,V_{K}\cdot i$

mit

$V_{K}$ … Kammervolumen

$i$ … Läuferzahl ⓘ

Quellenangaben: ⓘ

Diese Betrachtung hat mit Gültigkeit 01.07.2009 Einzug gehalten in die Berechnung der Kfz-Steuer in Deutschland (s. u.) für Fahrzeuge mit Kreiskolbenmotoren. ⓘ

Berechnungsbeispiel ⓘ

Für den im NSU Spider eingesetzten Motor KKM 502 sind R = 100 mm, e = 14 mm, b = 67 mm, i = 1; der Abstand a zwischen Rollkurve und Trochoïde (Äquidistante) beträgt 2 mm. ⓘ

Das Kammervolumen $V_{K}$ berechnet sich also wie folgt:

$V_{K}=3\,{\sqrt {3}}\cdot ({100\,\mathrm {mm} +2\,\mathrm {mm} })\cdot 14\,\mathrm {mm} \cdot 67\,\mathrm {mm} \approx 497.000\,\mathrm {mm} ^{3}=497\,\mathrm {cm} ^{3}$

Und damit beträgt das Arbeitsvolumen $V_{H}$:

$V_{H}=2\cdot 1\cdot 497\,\mathrm {cm} ^{3}=994\,\mathrm {cm} ^{3}$ ⓘ

Quelle für technische Daten: ⓘ

Verdichtung (ε)

Für die Berechnung der Verdichtung gibt es zwei Ansätze. Zum einen lässt sich die ideelle Verdichtung $\varepsilon _{id}$ und die tatsächliche Verdichtung $\varepsilon$ berechnen. ⓘ

Ideelle Verdichtung

Die ideelle Verdichtung $\varepsilon _{id}$ ist eine Approximation bei der man annimmt, dass der Kreiskolben keine Kolbenmulde hat und es keinen Abstand zwischen Kreiskolben und Trochoïde gibt. Sie ist dabei vom Verhältnis des Grundkreisradius $R$ zur Exzentrizität $e$ abhängig. Je kleiner ${\frac {R}{e}}$ dabei ist, desto kleiner wird die ideelle Verdichtung $\varepsilon _{id}$, weil gleichzeitig der Totraum zwischen Kreiskolben und Trochoïde größer wird. Konstruktionsbedingt gibt es für Verhältnis von Grundkreisradius zur Exzentrizität eine Untergrenze, die etwa bei ${\frac {R+a}{e}}\approx 6{,}5$ liegt. Grund dafür ist, dass ab diesem Wert die Gas- und Ölabdichtungen nicht mehr sinnvoll konstruktiv unterzubringen sind. ⓘ

Die ideelle Verdichtung berechnet sich wie folgt:

$\varepsilon _{id}\cong {\frac {3\cdot 3^{0{,}5}}{2}}\cdot {\frac {(R+a)}{e}}$ ⓘ

Dabei darf man annehmen, dass gilt:

${\frac {3\cdot 3^{0{,}5}}{2}}\cong 2{,}6$ ⓘ

Also gilt:

$\varepsilon _{id}\cong 2{,}6\cdot {\frac {(R+a)}{e}}$ ⓘ

Quellenangabe: ⓘ

Berechnungsbeispiel ⓘ

Als Berechnungsbeispiel dient wieder der Motor KKM 502 aus dem NSU-Spider (R = 100 mm, e = 14 mm, b = 67 mm, i = 1, a= 2 mm). ⓘ

Die ideelle Verdichtung $\varepsilon _{id}$ berechnet sich also wie folgt:

$\varepsilon _{id}\cong 2{,}6\cdot {\frac {(100\,\mathrm {mm} +2\,\mathrm {mm} )}{14\,\mathrm {mm} }}\approx 19$

Quelle für technische Daten: ⓘ

Tatsächliche Verdichtung

Da ein Wankelmotor in der Regel eine Brennraummulde hat, ist die ideelle Verdichtung $\varepsilon _{id}$ in der Realität nicht mit der tatsächlichen Verdichtung $\varepsilon$ ident. Die Verdichtung $\varepsilon$ kann entweder wie bei einem Hubkolbenmotor auch aus dem Verhältnis von Arbeitsvolumen $V_{H}$ zu Kompressionsvolumen $V_{C}$ berechnet werden, oder alternativ aus der ideellen Verdichtung $\varepsilon _{id}$ und dem Verhältnis $q$ von Brennraummulde zu minimalem theoretischen Kammervolumen. ⓘ

$\varepsilon ={\frac {V_{H}}{V_{C}}}+1$ ⓘ

$\varepsilon =(\varepsilon _{id}+q)\cdot {\frac {1}{1+q}}$ ⓘ

Berechnungsbeispiel ⓘ

Für den KKM 502 gilt q=1,4, V_H=994 cm³ und V_C= 133 cm³. Damit berechnet sich seine Verdichtung $\varepsilon$ wie folgt:

$\varepsilon ={\frac {994\,\mathrm {cm} ^{3}}{133\,\mathrm {cm} ^{3}}}+1\approx 8{,}5$ ⓘ

$\varepsilon =(19+1{,}4)\cdot {\frac {1}{1+1{,}4}}\approx 8{,}5$ ⓘ

Werkstoffe und Herstellung

Der Läufer ist meist ein Präzisionsgussteil aus Grauguss, bei dem man auf das Auswuchten verzichten kann. Die Weiterbearbeitung der Außenkonturen und Dichtstreifennuten geschieht mittels Räumen, Drehen und Fräsen gleichzeitig an mehreren Läufern, wodurch der Produktionsdurchsatz erheblich gesteigert wird. Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung des Läufers aus Blech, wobei die Teile dann miteinander verschweißt werden (Patent Audi). Die Gehäuse werden aus Grauguss oder Aluminium, die Seitenteile aus nitriertem oder induktionsgehärtetem Grauguss, aus besonderen Stahllegierungen oder aus übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen gefertigt. ⓘ

Dichtsystem

Zur Abdichtung des Kolbens stehen Dichtstreifen, Dichtleisten und Dichtbolzen zur Verfügung. ⓘ

Die beidseitige Abdichtung des Kolbens zur Seitenwand geschieht mit zweimal drei bogenförmigen Dichtstreifen für die Gasdichtung. Die Dichtstreifen sind Teil einer Axialabdichtung und verlangen plane und lotrechte Seitenteile, die sich infolge unterschiedlicher Temperatur- und Druckverhältnisse ungleichmäßig ausdehnen. Die Dichtstreifen werden mit Federelementen versehen, um im Anfahrzustand eine Anpressung zu gewährleisten. Nach dem Anlaufen des Motors werden sie vom Gasdruck an die Seitenwand gedrückt. Aus perlitischem Grauguss oder Stahl bestehend, überstreifen sie die Laufflächen der Seitenteile. ⓘ

Dichtleisten ⓘ

Die Dichtleisten an den Läuferkanten, auch Scheitelleisten genannt, laufen mit der Kammerbreite b auf der Trochoidenbahn und dichten die Kammern gegeneinander ab. Sie liegen in axialen Nuten und werden jeweils von zwei Dichtbolzen an den Ecken umschlossen. Die Dichtleisten können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die mehrteilige Bauweise dichtet nicht nur gegen die Trochoide hin ab, sondern auch gegen die Seitenteile, was die Kompression erhöht und damit auch den Verbrauch besonders im unteren Drehzahlband verringert. Die Dichtbolzen dienen als Bindeglied zwischen der Dichtleiste und den Dichtstreifen. Sowohl Dichtbolzen als auch Dichtstreifen werden von jeweils einer Feder an das Seitenteil angelegt. Auch die Dichtleisten sind mit Federn ausgestattet, um ein Anfahren des Motors zu ermöglichen. Danach werden sie durch den Gasdruck in Umlaufrichtung an die hintere Nutkante und gegen die Laufbahn gedrückt. Besondere Ausgestaltungen im Fußteil der Scheitelleisten stellen ein fortwährendes Anpressen der Scheitelleisten an die Gehäusewand sicher. Sie werden aus Sinter-Kohle (Kohle-Antimon oder Kohle-Aluminium), Grauguss, Kolbenringstahl, FerroTiC (Eisen-Titancarbid Sintermetall), Siliziumnitrid, Weicheisen oder perlitschem Grauguss hergestellt. Alle Dichtteile tragen einen Schmierfilm, der durch zu hohe Temperaturen weder verdampfen noch verkoken darf. ⓘ

Das Dichtsystem des Kreiskolbenmotors unterliegt keiner Drehzahlbegrenzung wie bei einem Hubkolbenmotor. ⓘ

Steuerung

Der Gaswechsel wird beim Wankelmotor durch Schlitze gesteuert, dabei dient der Läufer gleichzeitig als kraftabgebendes und steuerndes Bauteil. Die Ein- und Auslässe können entweder in der Gehäusekammer angebracht sein, dann spricht man von Umfangsein- und Umfangsauslass, oder in den Seitenteilen, dann spricht man von Seitenein- und Seitenauslass, wie es z. B. beim Motor des Mazda RX-8 der Fall ist. Auch ist die Kombination beider Einlass- und Auslassarten möglich, z. B. bei den frühen Serienwankelmotoren von Mazda; dort war der Seiteneinlass- mit einem Umfangsauslass kombiniert. ⓘ

Der Vorteil des Umfangseinlasses besteht darin, dass große Querschnitte und damit lange Steuerzeiten möglich sind, was zu höheren Leistungen führt. Somit ist dieses Bauprinzip auch die erste Wahl für Rennmotoren. Der Nachteil des Umfangseinlasses ist die große Überschneidung, infolge derer es zu Schieberuckeln kommen kann. Für einen Rennwagen ist das hinzunehmen, für einen Pkw aber aus Komfortgründen untragbar, weshalb der NSU Ro 80 stets mit einem dämpfenden Drehmomentwandler und halbautomatischem Getriebe ausgerüstet war. Wegen der großen Überschneidung ist der Umfangseinlass auch wenig geeignet für die Aufladung, weil Einlass und Auslass gleichzeitig offen sind. Auch ist das Abgasverhalten bei Teillastverhalten relativ schlecht. ⓘ

Der Vorteil des Seitenein- und Auslasses ist die fehlende Überschneidung. Dadurch tritt kein Schieberuckeln auf, und der Motor eignet sich besser für die Aufladung. Ebenso sind Teillastverhalten und Abgaswerte besser, und er harmoniert gut mit einem Schaltgetriebe. Durch die Umlenkung um 90° am Einlass wird eine bessere Gasdurchmischung erreicht. Als Nachteil ist der gegenüber einem Umfangseinlass kleinere Einlassquerschnitt zu nennen, weshalb die erzielbare Leistung als Saugmotor geringer ist. Durch Ausnutzung des Schwingrohreffektes kann diesem Nachteil ein Stück weit entgegengewirkt werden. ⓘ

Schmierung

Wie beim herkömmlichen Viertakthubkolbenmotor verwendet man für die Motorlager Druckumlaufschmierung, alternativ hat sich auch Gemischschmierung bewährt. Die Trochoïde wird entweder mit Gemisch oder über eine Dosierpumpe mit Schmieröl als Verlustschmierung versorgt. Bei der Trochoïdenschmierung mit Umfangsauslass bewegt sich das Mischungsverhältnis von 1:400 bis 1:600, bei Motoren mit Seitenauslass liegt es deutlich höher. Ein Teil des Öls wird beim Mazda Renesis durch die seitlichen Kratzringe wieder in den Ölsumpf zurückgefördert. ⓘ

Kühlung

Druckkräfte am Kolben ⓘ

Gehäuse, Läufer, die Seitenteile und Dichtelemente werden mit Wasser, Frischluft oder dem Gasgemisch gekühlt; letzteres wird auf seinem Weg durch den Kolben vorgewärmt. ⓘ

Da beim Wankelmotor die Arbeitstakte immer an der gleichen Stelle stattfinden, bildet sich eine stationäre Temperaturverteilung aus mit der Folge, dass sich beständig heiße Zonen und beständig kalte Zonen ausbilden, die man heißer Bogen und kalter Bogen nennt. Die Kühlung soll deshalb für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen und zu materialverträglichen Werten führen. Für die Verbrennung wird die Kühlung gezielt eingesetzt, um Selbstzündung des Gemisches durch Hot Spots (heiße Stellen) zu vermeiden. Hot Spots sind beispielsweise die Zündkerzen. ⓘ

Der Auslassbereich liegt im heißen Bogen unmittelbar neben der Einlasszone und muss gekühlt werden, damit die Materialspannungen durch entsprechende Kühlwasserführung oder Stahleinlagen in tolerierbaren Bereichen gehalten werden. Vergleichbar ist hierzu beim Hubkolbenmotor die Stahleinlage im sogenannten Regelkolben, bei dem die Stahleinlage dafür sorgt, dass der Kolben sich kontrolliert und nicht zu stark ausdehnt und man kein zu großes Spiel zwischen Kolben und Zylinder vorsehen muss. Nicht alle Wankelmotoren sind mit einer Stahleinlage versehen; beispielsweise kommen Audi-NSU-Motoren, Norton-Motoren und Derivate ohne Stahleinlage aus. So wird heute bei modernen Wankelmotoren nur noch der heiße Bogen gekühlt. ⓘ

Links axiale Kühlwasserführung, Mitte moderne axiale Kühlwasserführung, rechts moderne radiale Kühlwasserführung, nur im heißen Bogen gekühlt ⓘ

Um die Wärmeverluste zu verringern, sorgt man für eine Verkleinerung der Temperaturdifferenzen zwischen Brennraum und Brennraumoberfläche, indem man eine drehzahl- und temperaturabhängige Kühlung des Läufers vorsieht. Beispielsweise kühlt man den Läufer erst ab 60 °C Öltemperatur und dann auch nur bei Drehzahlen über 3000 min⁻¹. Die Kühlölzufuhr wird durch ein in die Exzenterwelle eingebautes Ölthermostat erst ab 60 °C Öltemperatur freigegeben. Zwei federbelastete Kugelventile sorgen im betriebswarmen Zustand dafür, dass der Läufer erst bei einer Drehzahl über 3000 min⁻¹ gekühlt wird. Bei einem luftgekühlten Läufer, wie ihn etwa Norton verwendete, wird die Ansaugluft durch den Läufer geleitet oder durch einen Ejektor-Auspuff oder ein Gebläse abgeführt. Dieses Prinzip wird noch heute bei den UAV UEL-Drohnenmotoren und Diamond Engines genutzt. Das hat gegenüber einer Gemischkühlung den Vorteil einer höheren möglichen Maximalleistung. Bei einfachen Industriemotoren wird der Kolben mit Gemisch gekühlt. ⓘ

Die Werkstoffauswahl für die Trochoïde sorgt für eine gleichmäßigere Temperaturverteilung. So ergibt sich bei Verwendung einer Aluminiumlegierung für das Gehäuse eine gleichmäßigere Wärmebelastung als bei einem Graugussgehäuse, was die Wärmedehnungen vermindert und damit zum Spannungsabbau führt. ⓘ

Wirkungsgrad-Leistungscharakteristik-Verbräuche

Indizierter Wirkungsgrad ŋ_i des Audi NSU EA871 (Stand 1977) ⓘ

Der Kreisprozess des Wankelmotors entspricht dem Otto-Prozess, der aus zwei Isentropen und zwei Isochoren besteht; er wird auch Gleichraumprozess genannt. Die isochore Wärmezufuhr nimmt man an, weil bei Fremdzündung die Energie schlagartig frei wird und sich das Volumen dabei kaum ändert. Der ideale thermische Wirkungsgrad ist dabei:

$\eta _{\mathrm {therm.} }=1-{\frac {1}{{\Big (}{\frac {V_{\mathrm {OT} }}{V_{\mathrm {UT} }}}{\Big )}^{\!\kappa -1}}}$ ⓘ

Mit  $\epsilon =V_{\mathrm {OT} }/V_{\mathrm {UT} }$ wird der ideale Wirkungsgrad zu:

$\eta _{\mathrm {therm.} }=1-{\frac {1}{{\epsilon }^{\kappa -1}}}$ ⓘ

Dabei ist $\kappa =c_{p}/c_{v}=1{,}4\,$ ($c_{p}$ spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck, $c_{v}$ spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen). Der Wirkungsgrad ist allein vom Verdichtungsverhältnis abhängig. ⓘ

Effektiver Wirkungsgrad η_e des Audi NSU EA871 (Stand 1977) ⓘ

Für die isentrope Verdichtung gilt: ($1$: Verdichtungsbeginn, unterer Totpunkt, größtes Volumen; $2$: Verdichtungsende, oberer Totpunkt, kleinstes Volumen) ⓘ

${T_{2}}={T_{1}}\left({\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right)^{\!\kappa -1}$ und    ${T_{2}}={T_{1}}\left({\frac {p_{2}}{p_{1}}}\right)^{\!\!{\frac {\kappa -1}{\kappa }}}$ ⓘ

Wie bei allen Ottomotoren ist auch beim Wankelmotor die Verdichtung zwar erwünscht und führt zu einem höheren Wirkungsgrad, sie wird aber durch die Verdichtungsendtemperatur T₂ begrenzt, die unter der Selbstzündtemperatur des Gemisches liegen muss. Für gewöhnlich ist beim Wankelmotor die Selbstentzündungstemperatur größer als beim Ottomotor, sodass Wankelmotoren tendenziell bei gleicher Verdichtung $\varepsilon$ mit weniger klopffestem Kraftstoff, also Benzin mit geringerer Oktanzahl auskommen. ⓘ

Der reale Prozess weicht vom idealisierten aus vielfältigen Gründen ab. Nimmt man die Indikatordiagramme auf, so werden die tatsächlichen Drücke p_i und Volumen wiedergegeben, aus denen sich der indizierte Wirkungsgrad ermitteln und in Diagrammen darstellen lässt. Er gilt unter den jeweils konkreten Parametern, wie Drehzahl, Verdichtungsverhältnis usw. Der Wirkungsgrad $\eta _{i}$ eines Wankelmotors ist hier beispielhaft an einem Audi NSU EA871 für den Benzin- und den Wasserstoffbetrieb dargestellt. ⓘ

Die Formel für die indizierte Leistung $P_{i}$ [kW] ist:

$P_{i}=M_{\mathrm {d} }\cdot \omega$ ⓘ

$P_{i}=p_{i}\cdot V_{\mathrm {K} }\cdot z\cdot n\cdot i$ ⓘ

mit dem indizierten Druck $p_{i}$, dem Kammervolumen $V_{K}$, der Anzahl der Kolben $z$, der Drehzahl $n$ und der Anzahl der Arbeitshübe pro Kurbelwellenumdrehung/Exzenterwellenumdrehung $i$ (beim Wankelmotor ist $i=1$). ⓘ

Die Wellenleistung $P_{e}$ erhält man bei Drehmomentmessung für HKM und KKM:

$P_{e}=M_{\mathrm {d} }\cdot \omega$ ⓘ

$P_{e}=M_{\mathrm {d} }\cdot 2\pi \cdot n$ ⓘ

mit $M_{\mathrm {d} }$ in [Nm] und $n$ in [1/min] ergibt sich mit der angepassten Formel die Leistung $P_{e}$ in [kW]:

$P_{e}={\frac {M_{\mathrm {d} }\cdot n}{9550}}$ ⓘ

Der mechanische Wirkungsgrad $\eta _{m}$ ist das Verhältnis der Wellenleistung $P_{e}$ zur indizierten Leistung $P_{i}$:

$\eta _{m}={\frac {P_{\mathrm {e} }}{P_{\mathrm {i} }}}$ ⓘ

Wie ersichtlich ist, kann man die Leistung eines Motors durch höhere Drücke beziehungsweise höhere Drehzahlen verbessern. Das Drehmoment wird, entsprechend der Abbildung, durch die Kammerdrücke mit den dazugehörigen Kolbenbodenflächen erzeugt. Die Kräfte F_p greifen immer im Exzentermittelpunkt an und erzeugen mit dem jeweils dazugehörigen winkelabhängigen Hebelarm der Exzentrizität e das Drehmoment M_d. ⓘ

Das maximale Verdichtungsverhältnis des Motors wird durch den K-Faktor bestimmt und kann dadurch konstruktiv verändert werden. Das reale Verdichtungsverhältnis wird dann mit der Mulde eingestellt. Die Drehzahl wird begrenzt durch den Verschleiß der Dichtflächen, Füllungsgradprobleme sowie Verbrennungszeit des Gemisches. ⓘ

Vorteile

NSU Wankel Spider, die erste mit einem Rotor-Wankelmotor verkaufte Fahrzeugreihe ⓘ

Mazda Cosmo, der erste Serien-Sportwagen mit zwei Rotor-Wankelmotoren ⓘ

Die wichtigsten Vorteile des Wankelmotors sind:

• Ein weitaus höheres Leistungsgewicht als bei einem Kolbenmotor
• Leichtere Unterbringung in kleinen Motorräumen als ein entsprechender Kolbenmotor
• Keine sich hin- und herbewegenden Teile
• Höhere Drehzahlen als ein Kolbenmotor
• Betrieb fast ohne Vibrationen
• Nicht anfällig für Motorklopfen
• Billiger in der Massenproduktion, da der Motor weniger Teile enthält
• Bessere Atmung, da die Verbrennungsladung in 270 Grad Umdrehung der Hauptwelle gefüllt wird und nicht in 180 Grad wie bei einem Kolbenmotor
• Er liefert während etwa zwei Dritteln des Verbrennungszyklus ein Drehmoment und nicht nur während eines Viertels des Verbrennungszyklus wie ein Kolbenmotor
• Breiterer Drehzahlbereich für größere Anpassungsfähigkeit
• Kann Kraftstoffe mit höheren Oktanzahlen verwenden
• Er leidet nicht unter dem "Skaleneffekt", der seine Größe begrenzt.
• Leicht anpassbar und sehr gut geeignet für die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff.
• Bei einigen Wankelmotoren wird das Öl in der Ölwanne durch den Verbrennungsprozess nicht verunreinigt, so dass kein Ölwechsel erforderlich ist. Das Öl in der Hauptwelle ist vom Verbrennungsprozess völlig abgeschottet. Das Öl für die Apex-Dichtungen und die Schmierung des Kurbelgehäuses ist getrennt. Bei Kolbenmotoren wird das Kurbelgehäuseöl durch die Verbrennung über die Kolbenringe verunreinigt. ⓘ

Wankelmotoren sind wesentlich leichter und einfacher und enthalten viel weniger bewegliche Teile als Kolbenmotoren mit gleicher Leistung. Ventile oder komplizierte Ventiltriebe entfallen durch die Verwendung einfacher, in die Wände des Rotorgehäuses geschnittener Öffnungen. Da der Rotor direkt auf einem großen Lager auf der Abtriebswelle sitzt, gibt es keine Pleuelstangen und keine Kurbelwelle. Der Wegfall der hin- und hergehenden Masse und der Wegfall der am stärksten beanspruchten und störanfälligsten Teile von Kolbenmotoren verleiht dem Wankelmotor hohe Zuverlässigkeit, einen gleichmäßigeren Leistungsfluss und ein hohes Leistungsgewicht. ⓘ

Das Oberflächen-Volumen-Verhältnis in der beweglichen Brennkammer ist so komplex, dass ein direkter Vergleich zwischen einem Hubkolbenmotor und einem Wankelmotor nicht möglich ist. Die Strömungsgeschwindigkeit und die Wärmeverluste sind sehr unterschiedlich. Die Oberflächentemperaturcharakteristik ist völlig anders; der Ölfilm im Wankelmotor wirkt als Isolierung. Motoren mit einem höheren Verdichtungsverhältnis haben ein schlechteres Oberflächen-Volumen-Verhältnis. Das Oberflächen-Volumen-Verhältnis eines Hubkolben-Dieselmotors ist viel schlechter als das eines Hubkolben-Benzinmotors, aber Dieselmotoren haben einen höheren Wirkungsgrad. Daher ist der Vergleich der Leistungsabgabe eine realistische Messgröße. Ein Hubkolbenmotor mit gleicher Leistung wie ein Wankelmotor hat etwa den doppelten Hubraum. Vergleicht man das Leistungsgewicht, die Größe oder das Gewicht mit einem Kolbenmotor ähnlicher Leistung, ist der Wankelmotor überlegen. ⓘ

Ein Viertaktzylinder erzeugt nur bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle einen Arbeitstakt, wobei drei Takte Pumpverluste sind. Dadurch verdoppelt sich das reale Oberflächen-Volumen-Verhältnis des Viertakt-Hubkolbenmotors und der Hubraum vergrößert sich. Der Wankelmotor hat daher einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad und geringere Pumpverluste durch das Fehlen von Drosselventilen. Aufgrund der Quasiüberschneidung der Arbeitstakte, die für die Laufruhe des Motors und die Vermeidung des Viertaktzyklus bei einem Hubkolbenmotor verantwortlich ist, reagiert der Wankelmotor sehr schnell auf Leistungssteigerungen und liefert bei Bedarf eine schnelle Leistungsabgabe, insbesondere bei höheren Drehzahlen. Dieser Unterschied ist im Vergleich zu Vierzylinder-Hubkolbenmotoren ausgeprägter und bei höheren Zylinderzahlen weniger ausgeprägt. ⓘ

Zusätzlich zur Beseitigung der inneren, hin- und hergehenden Spannungen durch den vollständigen Verzicht auf die für einen Kolbenmotor typischen, hin- und hergehenden Innenteile ist der Wankelmotor mit einem Eisenrotor in einem Gehäuse aus Aluminium konstruiert, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst ein stark überhitzter Wankelmotor nicht festfährt, wie es bei einem überhitzten Kolbenmotor der Fall sein kann. Dies ist ein wesentlicher Sicherheitsvorteil beim Einsatz in Flugzeugen. Darüber hinaus erhöht das Fehlen von Ventilen und Ventiltrieben die Sicherheit. GM testete einen Eisenrotor und ein Eisengehäuse in seinen Prototyp-Wankelmotoren, die bei höheren Temperaturen und geringerem spezifischen Kraftstoffverbrauch funktionierten. ⓘ

Ein weiterer Vorteil des Wankelmotors für den Einsatz in Flugzeugen besteht darin, dass er im Allgemeinen eine kleinere Stirnfläche hat als ein Kolbenmotor gleicher Leistung, wodurch eine aerodynamischere Nase um den Motor herum konstruiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die geringere Größe und das geringere Gewicht des Wankelmotors im Vergleich zu Kolbenmotoren mit vergleichbarer Leistung Einsparungen bei den Baukosten der Flugzeugzelle ermöglichen. ⓘ

Wankelmotoren, die innerhalb ihrer ursprünglichen Konstruktionsparameter arbeiten, sind nahezu immun gegen katastrophale Ausfälle. Ein Wankelmotor, der die Kompression, die Kühlung oder den Öldruck verliert, verliert viel Leistung und fällt in kurzer Zeit aus. In der Regel wird er jedoch in dieser Zeit weiterhin eine gewisse Leistung erbringen, was bei Flugzeugen eine sicherere Landung ermöglicht. Bei Kolbenmotoren besteht unter den gleichen Umständen die Gefahr, dass sich Teile festfressen oder brechen, was mit ziemlicher Sicherheit zu einem katastrophalen Ausfall des Motors und zum sofortigen Verlust der gesamten Leistung führt. Aus diesem Grund eignen sich Wankelmotoren sehr gut für Motorschlitten, die oft an entlegenen Orten eingesetzt werden, wo ein Ausfall zu Erfrierungen oder zum Tod führen kann, und für Flugzeuge, bei denen ein plötzlicher Ausfall wahrscheinlich zu einem Absturz oder einer Notlandung an einem abgelegenen Ort führt. ⓘ

Aufgrund der Form und der Merkmale des Brennraums sind die Anforderungen an die Oktanzahl des Kraftstoffs bei Wankelmotoren niedriger als bei Hubkolbenmotoren. Die maximale Oktanzahl für den Straßenverkehr beträgt 82 für einen Wankelmotor mit peripherem Einlass und weniger als 70 für einen Motor mit seitlichem Einlass. Aus der Sicht der Ölraffinerien kann dies ein Vorteil bei den Kraftstoffherstellungskosten sein. ⓘ

Aufgrund einer um 50 % längeren Hubdauer als bei einem Viertakt-Hubkolbenmotor steht mehr Zeit für die vollständige Verbrennung zur Verfügung. Dies führt zu einer besseren Eignung für die Direkteinspritzung und den Betrieb mit geschichteter Ladung. ⓘ

Nachteile

Obwohl viele der Nachteile Gegenstand laufender Forschungen sind, sind die derzeitigen Nachteile des Wankelmotors in der Produktion die folgenden:

Rotorabdichtung

Dies ist noch ein kleines Problem, da das Motorgehäuse in den einzelnen Kammern sehr unterschiedliche Temperaturen aufweist. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien führen zu einer unvollkommenen Abdichtung. Außerdem sind beide Seiten der Dichtungen dem Kraftstoff ausgesetzt, und die Konstruktion erlaubt keine genaue und präzise Steuerung der Schmierung der Rotoren. Rotationsmotoren neigen dazu, bei allen Motordrehzahlen und -lasten überschmiert zu sein, und haben einen relativ hohen Ölverbrauch sowie andere Probleme, die sich aus überschüssigem Öl in den Verbrennungsbereichen des Motors ergeben, wie z. B. Kohlenstoffbildung und übermäßige Emissionen aus der Ölverbrennung. Im Vergleich dazu befinden sich bei einem Kolbenmotor alle Funktionen eines Zyklus in derselben Kammer, was eine stabilere Temperatur ergibt, gegen die die Kolbenringe wirken können. Außerdem wird bei einem (Viertakt-)Kolbenmotor nur eine Seite des Kolbens mit Kraftstoff beaufschlagt, so dass das Öl die Zylinder von der anderen Seite schmieren kann. Die Komponenten eines Kolbenmotors können auch so konstruiert werden, dass die Ringabdichtung und die Ölkontrolle bei steigendem Zylinderdruck und höherer Leistung verbessert werden. Um das Problem der Temperaturunterschiede zwischen den verschiedenen Bereichen des Gehäuses, der Seiten- und Zwischenplatten und der damit verbundenen ungleichen thermischen Ausdehnung zu überwinden, wurden Wärmerohre eingesetzt, um die Wärme von den heißen zu den kalten Teilen des Motors zu transportieren. Die "Wärmerohre" leiten die heißen Abgase zu den kühleren Teilen des Motors, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrads und der Leistung führt. Bei luftgekühlten Wankelmotoren mit kleinem Hubraum und ladungsgekühltem Rotor hat sich gezeigt, dass dadurch die maximale Motortemperatur von 231 °C auf 129 °C und die maximale Differenz zwischen den heißeren und kälteren Bereichen des Motors von 159 °C auf 18 °C reduziert werden kann.

Anheben der Apex-Dichtung

Die Zentrifugalkraft drückt die Apex-Dichtung auf die Gehäuseoberfläche und bildet eine feste Dichtung. Im Leichtlastbetrieb können bei Ungleichgewichten zwischen Fliehkraft und Gasdruck Lücken zwischen Apex-Dichtung und Trochoidgehäuse entstehen. Bei niedrigen Motordrehzahlen oder unter geringer Last kann der Gasdruck im Brennraum dazu führen, dass sich die Dichtung von der Oberfläche abhebt und Verbrennungsgas in den nächsten Raum entweicht. Mazda entwickelte eine Lösung, indem die Form des Trochoid-Gehäuses verändert wurde, so dass die Dichtungen bündig mit dem Gehäuse abschließen. Der Einsatz des Wankelmotors bei anhaltend höheren Drehzahlen trägt dazu bei, das Abheben der Apex-Dichtungen zu verhindern, und macht ihn für Anwendungen wie die Stromerzeugung sehr geeignet. In Kraftfahrzeugen wird der Motor für Serien-Hybrid-Anwendungen geeignet sein.

Langsame Verbrennung

Die Verbrennung von Ottokraftstoff verläuft langsam, da der Brennraum lang, dünn und beweglich ist. Die Flamme bewegt sich fast ausschließlich in Richtung der Rotorbewegung, was dazu beiträgt, dass ein Benzin-Luft-Gemisch von 2 mm nur schlecht gelöscht wird und bei hohen Drehzahlen die Hauptquelle für unverbrannte Kohlenwasserstoffe ist. Die hintere Seite der Brennkammer erzeugt naturgemäß eine "Quetschströmung", die verhindert, dass die Flamme die hintere Kante der Kammer erreicht, was in Verbindung mit der schlechten Löschung eines Benzin-Luft-Gemisches dazu beiträgt. Dieses Problem tritt bei der Verwendung von Wasserstoffkraftstoff nicht auf, da das Quenchen 0,6 mm beträgt. Die Kraftstoffeinspritzung, bei der der Kraftstoff in Richtung der Vorderkante des Brennraums eingespritzt wird, kann die Menge an unverbranntem Kraftstoff im Abgas minimieren. Während Kolbenmotoren einen sich ausdehnenden Verbrennungsraum für den brennenden Kraftstoff haben, da dessen Oxidation und abnehmender Druck bei der Bewegung des Kolbens zum Boden des Zylinders während des Arbeitstaktes durch die zusätzliche Hebelwirkung des Kolbens auf die Kurbelwelle während der ersten Hälfte dieses Weges ausgeglichen wird, gibt es keine zusätzliche "Hebelwirkung" eines Rotors auf die Hauptwelle während der Verbrennung, und die Hauptwelle hat keine erhöhte Hebelwirkung, um den Rotor durch die Ansaug-, Verdichtungs- und Auslassphasen seines Zyklus anzutreiben.

Schlechter Kraftstoffverbrauch bei Verwendung von Ottokraftstoff

Dies ist auf die Form des beweglichen Brennraums zurückzuführen, die zu einem schlechten Verbrennungsverhalten und einem mittleren effektiven Druck bei Teillast und niedriger Drehzahl führt. Dies führt dazu, dass unverbrannter Kraftstoff in den Abgasstrom gelangt; Kraftstoff, der verschwendet wird und nicht zur Erzeugung von Leistung genutzt werden kann. Die Einhaltung der Abgasvorschriften erfordert manchmal ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei der Verwendung von Ottokraftstoff, das einem günstigen Kraftstoffverbrauch nicht förderlich ist. Auch die Beschleunigung und Abbremsung unter durchschnittlichen Fahrbedingungen wirkt sich auf den Kraftstoffverbrauch aus. Wird der Motor jedoch mit konstanter Drehzahl und Last betrieben, wird ein übermäßiger Kraftstoffverbrauch vermieden. Die kleinen Wankelmotoren mit luftgekühltem Gehäuse und ladungsgekühltem Rotor sind besonders gut für die in Europa verkauften Alkohol-Benzin-Gemische E5 und E10 geeignet. The Effect of Alcohol Blends on the Performance of an Air Cooled Rotary Trochoidal Engine', SAE Technical Paper 840237, Marcel Gutman, Izu Iuster.

Hohe Emissionen

Da sich bei der Verwendung von Ottokraftstoff unverbrannter Kraftstoff im Abgasstrom befindet, sind die Emissionsanforderungen nur schwer zu erfüllen. Dieses Problem kann durch eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum überwunden werden. Der Rotapower-Wankelmotor von Freedom Motors, der noch nicht in Produktion ist, erfüllt die extrem niedrigen kalifornischen Emissionsstandards. Der Mazda-Renesis-Motor, der sowohl über Einlass- als auch über Auslasskanäle verfügt, verhindert den Verlust von unverbranntem Gemisch in den Auspuff, der früher durch die Überlappung der Kanäle verursacht wurde. ⓘ

Obwohl das Dichtungssystem eines Wankelmotors in zwei Dimensionen noch einfacher aussieht als das eines entsprechenden Mehrzylinder-Kolbenmotors, ist in drei Dimensionen das Gegenteil der Fall. Neben den im Konzeptdiagramm erkennbaren Rotorspitzendichtungen muss der Rotor auch gegen die Kammerenden abdichten. ⓘ

Die Kolbenringe in Hubkolbenmotoren sind keine perfekten Dichtungen; jeder hat einen Spalt, um eine Ausdehnung zu ermöglichen. Die Abdichtung an den Scheitelpunkten des Wankelrotors ist weniger kritisch, da die Leckage zwischen benachbarten Kammern bei benachbarten Takten des Zyklus auftritt und nicht zum Hauptwellengehäuse. Obwohl sich die Abdichtung im Laufe der Jahre verbessert hat, ist die wenig effektive Abdichtung des Wankelmotors, die meist auf mangelnde Schmierung zurückzuführen ist, nach wie vor ein Faktor, der seine Effizienz beeinträchtigt. ⓘ

Bei einem Wankelmotor kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht vorgespeichert werden, da es aufeinanderfolgende Ansaugtakte gibt. Der Motor hat eine 50% längere Hubdauer als ein Hubkolbenmotor. Die vier Otto-Zyklen dauern bei einem Wankelmotor 1080° (drei Umdrehungen der Abtriebswelle) gegenüber 720° bei einem Viertakt-Hubkolbenmotor, aber die vier Takte machen immer noch den gleichen Anteil an der Gesamtleistung aus. ⓘ

Für die Berechnung des Hubraums eines Wankelmotors gibt es verschiedene Methoden. Die japanischen Vorschriften zur Berechnung des Hubraums für die Motorleistung verwenden nur das Volumen einer Rotorfläche, und die Automobilindustrie akzeptiert diese Methode allgemein als Standard für die Berechnung des Hubraums eines Rotationsmotors. Bei einem Vergleich nach spezifischer Leistung führte diese Konvention jedoch zu großen Ungleichgewichten zugunsten des Wankelmotors. Ein früher überarbeiteter Ansatz bestand darin, den Hubraum jedes Rotors mit dem Zweifachen der Kammer zu bewerten. ⓘ

Der Hubraum des Wankelmotors und des Kolbenmotors und die damit verbundene Leistung lassen sich besser durch den Hubraum pro Umdrehung der Exzenterwelle vergleichen. Eine solche Berechnung ergibt, dass ein Wankelmotor mit zwei Rotoren und einem Hubraum von 654 cm³ pro Fläche einen Hubraum von 1,3 Litern pro Umdrehung der Exzenterwelle (nur zwei Flächen insgesamt, eine Fläche pro Rotor bei vollem Arbeitstakt) und 2,6 Litern nach zwei Umdrehungen (vier Flächen insgesamt, zwei Flächen pro Rotor bei vollem Arbeitstakt) hat. Die Ergebnisse sind direkt vergleichbar mit einem 2,6-Liter-Kolbenmotor mit einer geraden Anzahl von Zylindern in konventioneller Zündfolge, der nach einer Umdrehung der Hauptwelle ebenfalls 1,3 Liter durch seinen Arbeitstakt und nach zwei Umdrehungen der Hauptwelle 2,6 Liter durch seine Arbeitstakte verdrängen wird. Ein Wankelmotor ist immer noch ein Viertaktmotor, und die Pumpverluste aus den Nicht-Leistungstakten sind immer noch vorhanden, aber das Fehlen von Drosselventilen und eine um 50 % längere Hubdauer führen zu einem deutlich geringeren Pumpverlust im Vergleich zu einem Viertakt-Hubkolbenmotor. Die Messung eines Wankelmotors auf diese Weise erklärt seine spezifische Leistung genauer, denn das Volumen des Luft-Kraftstoff-Gemischs, das pro Umdrehung durch einen kompletten Arbeitstakt gepumpt wird, ist direkt für das Drehmoment und damit für die erzeugte Leistung verantwortlich. ⓘ

Auf der Rückseite des Brennraums des Kreiskolbenmotors entsteht ein Quetschstrom, der die Flammenfront zurückdrängt. Beim konventionellen Ein- oder Zweistufensystem mit homogenem Gemisch verhindert diese Quetschströmung im mittleren und hohen Drehzahlbereich die Ausbreitung der Flamme zur Brennraumhinterseite. Kawasaki hat dieses Problem in seinem US-Patent US 3848574 behandelt; Toyota erzielte eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit um 7 %, indem es eine Glühkerze an der vorderen Seite anbrachte und Reed-Ventile in den Ansaugrohren verwendete. Bei 2-Takt-Motoren halten Lamellen aus Metall etwa 15'000 km, aus Kohlefaser etwa 8'000 km. Diese schlechte Verbrennung auf der hinteren Seite der Kammer ist einer der Gründe, warum sich im Abgasstrom eines Wankelmotors mehr Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe befinden. Ein seitlicher Auspuff, wie er im Mazda Renesis verwendet wird, vermeidet die Überschneidung der Auspufföffnungen, die eine der Ursachen dafür ist, da das unverbrannte Gemisch nicht entweichen kann. Der Mazda 26B umging dieses Problem durch den Einsatz einer Drei-Zündkerzen-Zündanlage. (Beim 24-Stunden-Langstreckenrennen von Le Mans 1991 hatte der 26B einen deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch als die konkurrierenden Hubkolbenmotoren. Aufgrund der in Le Mans geltenden Regel der begrenzten Kraftstoffmenge stand allen Wettbewerbern die gleiche Menge an Kraftstoff zur Verfügung). Das Mazda SAE Paper 930677 zeigt, dass die stromaufwärts gelegene Position der Einspritzdüse eine zuverlässige Schichtung des Gemischs über einen breiten Betriebsbereich ermöglicht. Dies liegt daran, dass der eingespritzte Kraftstoff erst sehr spät mit der Rotorwand kollidiert, was zu einer besseren Verdampfung des Kraftstoffs führt. Infolgedessen befindet sich auf der stromabwärts gelegenen Seite des Brennraums nur Luft, wodurch die HC-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden. ⓘ

Eine periphere Ansaugöffnung ergibt den höchsten mittleren effektiven Druck; eine seitliche Ansaugöffnung führt jedoch zu einem gleichmäßigeren Leerlauf, da sie dazu beiträgt, das Zurückblasen von verbrannten Gasen in die Ansaugkanäle zu verhindern, was zu "Fehlzündungen" führt, die durch abwechselnde Zyklen verursacht werden, in denen das Gemisch zündet und nicht zündet. Die periphere Ansaugung (Peripheral Porting, PP) bietet den besten mittleren effektiven Druck über den gesamten Drehzahlbereich, aber PP wurde auch mit einer schlechteren Leerlaufstabilität und Teillastleistung in Verbindung gebracht. Frühe Arbeiten von Toyota führten zur Hinzufügung einer Frischluftzufuhr zum Abgaskanal und bewiesen auch, dass ein Reed-Ventil im Ansaugkanal oder in den Ansaugrohren die Leistung von Wankelmotoren bei niedrigen Drehzahlen und im Teillastbereich verbesserte, indem es das Rückblasen von Abgas in den Ansaugkanal und die Ansaugrohre verhinderte und die Fehlzündungen verursachende hohe Abgasrückführung verringerte, allerdings um den Preis eines geringen Leistungsverlustes bei hohen Drehzahlen. David W. Garside, der Entwickler des Norton-Kreiskolbenmotors, schlug vor, dass eine frühere Öffnung des Einlasskanals vor dem oberen Totpunkt (OT) und längere Einlasskanäle das Drehmoment und die Elastizität von Wankelmotoren bei niedrigen Drehzahlen verbessern. Dies wird auch in den Büchern von Kenichi Yamamoto beschrieben. Die Elastizität wird auch durch eine größere Exzentrizität des Rotors verbessert, analog zu einem längeren Hub bei einem Hubkolbenmotor. Wankelmotoren arbeiten besser mit einem Niederdruck-Abgassystem. Ein höherer Abgasgegendruck verringert den mittleren effektiven Druck, was bei Motoren mit peripheren Ansaugöffnungen stärker ausgeprägt ist. Beim Mazda RX-8 Renesis-Motor wurde die Leistung durch eine Verdoppelung der Auslassöffnung im Vergleich zu früheren Konstruktionen verbessert, und es wurden spezielle Studien über die Auswirkungen der Konfiguration der Ansaug- und Auspuffrohre auf die Leistung von Wankelmotoren durchgeführt. ⓘ

Alle von Mazda hergestellten Wankelmotoren, einschließlich des Renesis-Motors im RX-8, verbrennen konstruktionsbedingt eine kleine Menge Öl, die in die Brennkammer dosiert wird, um die Scheiteldichtungen zu schützen. Die Besitzer müssen regelmäßig kleine Mengen Öl nachfüllen, was die Betriebskosten erhöht. Einige Quellen, wie rotaryeng.net, behaupten, dass bessere Ergebnisse mit der Verwendung eines Öl-Kraftstoff-Gemischs anstelle einer Öl-Dosierpumpe erzielt werden. Flüssigkeitsgekühlte Motoren benötigen ein mineralisches Mehrbereichsöl für den Kaltstart, und Wankelmotoren benötigen wie Hubkolbenmotoren eine Warmlaufzeit vor dem Volllastbetrieb. Alle Motoren weisen Ölverluste auf, aber der Kreiskolbenmotor ist mit einem abgedichteten Motor ausgestattet, im Gegensatz zu einem Kolbenmotor, bei dem ein Ölfilm auf die Zylinderwände spritzt, um sie zu schmieren, daher ein Ölkontrollring. Es wurden Motoren ohne Ölverlust entwickelt, die das Problem der Ölschmierung weitgehend beseitigen. ⓘ

Anders als beim Hubkolbenmotor zündet der KKM bei jeder Exzenterwellenumdrehung. Die daraus resultierende hohe Zündfolge belastet die Zündkerzen stark, zumal der kühlende Leerhub entfällt. Dieses Problem teilt sich der Wankelmotor mit dem Zweitaktmotor. Die Erfindung der Mehrbereichskerzen führte hier zu erheblichen Fortschritten, hervorzuheben ist z. B. der Kupferkern. Außerdem kann, durch sorgfältige Auslegung der Kerzenposition, der Wärmewertbedarf erheblich reduziert werden. So benötigte der Sachs-Motor der Hercules W 2000 nur eine normale W175-Zündkerze von Bosch. ⓘ

Im Allgemeinen und bei symmetrischen Brennraummulden wird vorauseilend, das heißt kurz vor der engsten Stelle (OT), gezündet. Wird eine zweite Kerze verwendet, so liegt eine am Kammerbeginn und die zweite in oder kurz nach der Einschnürung. Es werden unterschiedliche Auswirkungen der Kerzen auf die Verbrennung festgestellt. So verringert die vorauseilende Kerze die Schadstoffe im Abgas und bewirkt einen weicheren Gang der Maschine, die nacheilende Kerze erhöht die Leistung, da die Flammfront durch die Quetschströmung in Richtung der voreilenden Kerze beschleunigt wird. Im Ergebnis hat man den geringsten Treibstoffverbrauch, wenn beide Kerzen gleichzeitig zünden, was aber zu erhöhten HC-Emissionen führt. Beim Serienwankelmotor zündet man deshalb die untere Kerze oft zuerst, womit man bessere Abgaswerte zu Lasten des Treibstoffverbrauches erhält. Beim Renesis ist Mazda von dieser Strategie abgegangen und zündet zumindest bei niederer Last und Leerlauf beide Kerzen parallel. In Verbindung mit den verschiedensten Muldenformen und Anordnungen gibt es eine geradezu unübersichtliche Menge an Möglichkeiten. ⓘ

Anwendungen

Autorennsport

Mazda 787B ⓘ

Im Rennsport hat Mazda mit Zwei-, Drei- und Vier-Rotoren-Autos beachtliche Erfolge erzielt. Auch private Rennfahrer haben mit serienmäßigen und modifizierten Fahrzeugen mit Mazda Wankelmotor beachtliche Erfolge erzielt. ⓘ

Der Sigma MC74, der von einem Mazda 12A-Motor angetrieben wurde, war der erste Motor und das einzige Team außerhalb Westeuropas oder der Vereinigten Staaten, das 1974 die gesamten 24 Stunden des 24-Stunden-Rennens von Le Mans absolvierte. Yojiro Terada war der Fahrer des MC74. Mazda war das erste Team außerhalb Westeuropas oder der Vereinigten Staaten, das Le Mans auf Anhieb gewann. Es war auch das einzige Auto ohne Kolbenmotor, das Le Mans gewinnen konnte, was dem Unternehmen 1991 mit dem 787B mit Vier-Rotor-Motor gelang (2,622 l oder 160 cu in - tatsächlicher Hubraum, nach FIA-Formel 4,708 l oder 287 cu in). In der Klasse C2 stand allen Teilnehmern neben der ungeregelten C1-Kategorie 1 nur die gleiche Menge an Kraftstoff zur Verfügung. In der Kategorie C1 waren nur Saugmotoren erlaubt. Die Mazdas durften als Sauger mit 830 kg Gewicht starten, 170 kg weniger als die aufgeladenen Konkurrenten. Die Autos unter dem Reglement der Gruppe C1 Kategorie 1 für 1991 durften weitere 80 kg leichter sein als der 787B. Außerdem waren in der Gruppe C1 Kategorie 1 nur 3,5-Liter-Saugmotoren erlaubt und es gab keine Kraftstoffmengenbegrenzung. ⓘ

In der Formel Mazda Racing werden offene Rennwagen mit Mazda Wankelmotoren, die sowohl auf Oval- als auch auf Straßenkursen eingesetzt werden können, auf verschiedenen Wettbewerbsebenen eingesetzt. Seit 1991 ist die professionell organisierte Star-Mazda-Serie das beliebteste Format für Sponsoren, Zuschauer und aufstiegsorientierte Fahrer. Die Motoren werden alle von einem Motorenbauer gebaut, für die vorgeschriebene Leistung zertifiziert und versiegelt, um Manipulationen zu verhindern. Sie sind in einem relativ milden Zustand der Rennabstimmung, so dass sie extrem zuverlässig sind und jahrelang zwischen den Motorüberholungen verbleiben können. ⓘ

Die Malibu-Grand-Prix-Kette, die vom Konzept her kommerziellen Kart-Rennbahnen ähnelt, betreibt in den Vereinigten Staaten mehrere Rennstrecken, auf denen die Kunden mehrere Runden in einem Fahrzeug fahren können, das dem offenen Rennwagen sehr ähnlich ist, aber von einem kleinen Curtiss-Wright-Rotationsmotor angetrieben wird. ⓘ

Bei Motoren mit mehr als zwei Rotoren oder bei Rennmotoren mit zwei Rotoren, die für hohe Drehzahlen ausgelegt sind, kann eine mehrteilige Exzenterwelle verwendet werden, die zusätzliche Lager zwischen den Rotoren ermöglicht. Dieser Ansatz erhöht zwar die Komplexität der Exzenterwellen-Konstruktion, wurde aber erfolgreich beim Mazda-Drei-Rotor-Motor 20B-REW sowie bei vielen Rennmotoren in Kleinserie eingesetzt. Die C-111-2 4 Rotor Mercedes-Benz Exzenterwelle für die KE Serie 70, Typ DB M950 KE409 ist aus einem Stück gefertigt. Mercedes-Benz verwendet geteilte Lager. ⓘ

Motorradmotoren

Norton Interpol2 Prototyp ⓘ

Die geringe Größe und das attraktive Leistungsgewicht des Wankelmotors waren für die Motorradhersteller interessant. Das erste Motorrad mit Wankelmotor war 1960 die "IFA/MZ KKM 175W" des deutschen Motorradherstellers MZ, die von NSU lizenziert wurde. ⓘ

1972 stellte Yamaha auf der Tokyo Motor Show die RZ201 vor, einen Prototyp mit Wankelmotor, der 220 kg wog und 60 PS (45 kW) aus einem 660-ccm-Doppelrotormotor (US-Patent N3964448) leistete. 1972 stellte Kawasaki den Prototyp des Kawasaki X99 mit zwei Rotationsmotoren vor (US-Patente N 3848574 und 3991722). Sowohl Yamaha als auch Kawasaki behaupteten, die Probleme des geringen Kraftstoffverbrauchs, der hohen Abgasemissionen und der geringen Langlebigkeit des Motors in den frühen Wankelmotoren gelöst zu haben, doch keiner der beiden Prototypen erreichte die Serienreife. ⓘ

1974 produzierte Hercules die W-2000 Wankelmotorräder, aber aufgrund der geringen Produktionszahlen war das Projekt unrentabel, und die Produktion wurde 1977 eingestellt. ⓘ

Von 1975 bis 1976 produzierte Suzuki sein RE5 Wankelmotorrad mit einem Rotor. Es handelte sich um eine komplexe Konstruktion mit Flüssigkeits- und Ölkühlung sowie mehreren Schmier- und Vergasersystemen. Es funktionierte gut und war leichtgängig, aber da es ziemlich schwer war und eine bescheidene Leistung von 62 PS (46 kW) hatte, verkaufte es sich nicht gut. ⓘ

Der niederländische Motorradimporteur und -hersteller Van Veen produzierte zwischen 1978 und 1980 in kleinen Stückzahlen ein Motorrad mit Doppelrotor-Wankelmotor OCR-1000, für das er überschüssige Comotor-Motoren verwendete. Der Motor der OCR 1000 war ein wiederverwendeter Motor, der ursprünglich für das Auto Citroën GS Birotor bestimmt war. ⓘ

In den frühen 1980er Jahren produzierte Norton auf der Grundlage früherer Arbeiten bei BSA die luftgekühlte Doppelrotor-Classic, gefolgt von der flüssigkeitsgekühlten Commander und der Interpol2 (einer Polizeiversion). Zu den nachfolgenden Norton Wankelmotorrädern gehörten die Norton F1, F1 Sports, RC588, Norton RCW588 und NRS588. Norton schlug ein neues 588-ccm-Doppelrotor-Modell mit der Bezeichnung "NRV588" und eine 700-ccm-Version mit der Bezeichnung "NRV700" vor. Ein ehemaliger Norton-Mechaniker, Brian Crighton, begann mit der Entwicklung einer eigenen Motorradserie mit Rotationsmotor namens "Roton", die mehrere australische Rennen gewann. ⓘ

Trotz der Erfolge im Rennsport wurden seit 1992 keine Motorräder mit Wankelmotor mehr für den Verkauf an die breite Öffentlichkeit hergestellt, die für den Straßenverkehr bestimmt waren. ⓘ

Die beiden unterschiedlichen Konstruktionsansätze von Suzuki und BSA lassen sich gut miteinander vergleichen. Noch bevor Suzuki die RE5 produzierte, entwickelte der BSA-Forschungsingenieur David Garside in Birmingham ein Wankelmotorrad mit zwei Rotoren. Der Zusammenbruch von BSA brachte die Entwicklung zum Stillstand, aber Garsides Maschine ging schließlich als Norton Classic in Produktion. ⓘ

Wankelmotoren werden auf der Zünd- und Auslassseite der Trochoidkammer des Motors sehr heiß, während die Ansaug- und Verdichtungsteile kühler sind. Suzuki entschied sich für ein kompliziertes Öl- und Wasserkühlsystem, wobei Garside argumentierte, dass eine Luftkühlung ausreichen würde, solange die Leistung 80 PS (60 kW) nicht übersteigt. Garside kühlte das Innere der Rotoren mit gefilterter Stauluft. Diese sehr heiße Luft wurde in einem Plenum innerhalb des Halbschalenrahmens gekühlt und anschließend, nachdem sie mit Kraftstoff vermischt worden war, in den Motor geleitet. Diese Luft war nach dem Durchströmen des Rotorinneren recht ölig und wurde daher zur Schmierung der Rotorspitzen verwendet. Die Auspuffrohre werden sehr heiß, und Suzuki entschied sich für einen verrippten Auspuffkrümmer, doppelwandige Auspuffrohre mit Kühlgittern, hitzebeständige Rohrummantelungen und Schalldämpfer mit Hitzeschilden. Garside hat die Rohre einfach unter dem Motor versteckt, wo die Wärme durch den Fahrtwind abgeleitet wird. Suzuki entschied sich für eine komplizierte mehrstufige Vergasung, während Garside einfache Vergaser wählte. Suzuki verfügte über drei Schmiersysteme, während Garside ein einziges Öleinspritzsystem mit Totalverlust einsetzte, das sowohl den Hauptlagern als auch den Ansaugkrümmern zugeführt wurde. Suzuki entschied sich für einen Einzelrotor, der ziemlich glatt war, aber bei 4.000 U/min raue Stellen aufwies; Garside entschied sich für einen turbinenglatten Doppelrotormotor. Suzuki montierte den massiven Rotor hoch im Rahmen, aber Garside setzte seine Rotoren so tief wie möglich, um den Schwerpunkt des Motorrads zu senken. ⓘ

Obwohl die Suzuki ein gutes Fahrverhalten haben sollte, war sie schwer, überkompliziert, teuer in der Herstellung und (mit 62 PS) ein wenig leistungsschwach. Der Entwurf von Garside war einfacher, ruhiger, leichter und mit 80 PS (60 kW) deutlich leistungsstärker. ⓘ

Motoren für Flugzeuge

Wankelrotationsmotor RC2-60 für die Luftfahrt ⓘ

ARV Super2 mit dem britischen MidWest AE110 Doppelrotor-Wankelmotor ⓘ

Diamond DA20 mit einem Wankelmotor von Diamond Engines ⓘ

Sikorsky Cypher Unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) angetrieben mit einem UEL AR801 Wankelmotor ⓘ

Grundsätzlich sind Wankelmotoren ideal für Leichtflugzeuge, da sie leicht, kompakt, nahezu vibrationsfrei und mit einem hohen Leistungsgewicht ausgestattet sind. Weitere Luftfahrtvorteile eines Wankelmotors sind:

1. Rotoren können sich nicht festfressen, da sich Rotorgehäuse stärker ausdehnen als Rotoren;
2. Das Triebwerk ist weniger anfällig für die schwerwiegende Störung "Motorklopfen", die den Kolbenmotor eines Flugzeugs während des Flugs zerstören kann.
3. Das Triebwerk ist nicht anfällig für eine "Schockabkühlung" während des Sinkflugs;
4. Der Motor benötigt kein angereichertes Gemisch zur Kühlung bei hoher Leistung;
5. Da es keine sich hin- und herbewegenden Teile gibt, ist die Anfälligkeit für Schäden geringer, wenn das Triebwerk mit einer höheren als der vorgesehenen Höchstdrehzahl rotiert. Die Grenze der Drehzahl ist die Festigkeit der Hauptlager. ⓘ

Im Gegensatz zu Autos und Motorrädern ist ein Wankelmotor ausreichend warm, bevor er seine volle Leistung abrufen kann, da er vor dem Flug überprüft wird. Außerdem ist die Fahrt zur Startbahn mit einer minimalen Abkühlung verbunden, die es dem Motor ermöglicht, beim Start die Betriebstemperatur für die volle Leistung zu erreichen. Ein Wankelmotor verbringt den größten Teil seiner Betriebszeit bei hoher Leistung und mit wenig Leerlauf. Dies macht die Verwendung von peripheren Anschlüssen ideal. Ein Vorteil ist, dass modulare Triebwerke mit mehr als zwei Rotoren möglich sind, ohne die Frontfläche zu vergrößern. Sollte die Vereisung eines Ansaugtrakts ein Problem darstellen, steht genügend Motorabwärme zur Verfügung, um die Vereisung zu verhindern. ⓘ

Das erste Flugzeug mit Wankelmotor war in den späten 1960er Jahren die experimentelle zivile Lockheed Q-Star-Version des Aufklärungsflugzeugs QT-2 der US-Armee, im Wesentlichen ein Segelflugzeug mit Schweizer Motor. Das Flugzeug wurde von einem 185 PS (138 kW) starken Curtiss-Wright RC2-60 Wankelmotor angetrieben. Das gleiche Triebwerksmodell wurde auch in einer Cessna Cardinal und einem Hubschrauber sowie in anderen Flugzeugen verwendet. In Deutschland wurde Mitte der 1970er Jahre ein Schubfächerflugzeug mit einem modifizierten NSU-Multirotor-Wankelmotor entwickelt, und zwar sowohl in einer zivilen als auch in einer militärischen Version: Fanliner und Fantrainer. ⓘ

Etwa zeitgleich mit den ersten Experimenten mit Wankelmotoren in Originalgröße wurden von einem Zusammenschluss der bekannten japanischen Firma O.S. Engines und der damals noch existierenden deutschen Firma Graupner Aeromodeling Products unter Lizenz von NSU/Auto-Union erste Versionen in Modellflugzeuggröße entwickelt. 1968 lief der erste Prototyp eines luftgekühlten, methanolbetriebenen OS/Graupner-Wankelmotors mit einem Hubraum von 4,9 cm³ mit Glühkerzenzündung, der von 1970 bis heute in mindestens zwei verschiedenen Versionen produziert wurde, und zwar ausschließlich von der Firma O.S. nach dem Ende von Graupner im Jahr 2012. ⓘ

Wankelmotoren für Flugzeuge werden zunehmend in Bereichen eingesetzt, in denen die kompakte Größe, das hohe Leistungsgewicht und der leise Betrieb wichtig sind, insbesondere bei Drohnen und unbemannten Luftfahrzeugen. Viele Unternehmen und Bastler passen Mazda-Kreiskolbenmotoren, die aus Autos stammen, für den Einsatz in Flugzeugen an. Andere, darunter die Wankel GmbH selbst, stellen Wankelmotoren speziell für diesen Zweck her. Ein Beispiel dafür sind die "Rotapower"-Motoren im Moller Skycar M400. Ein weiteres Beispiel für speziell für Flugzeuge gebaute Rotationsmotoren sind die 55 PS (41 kW) AE50R (zertifiziert) und 75 PS (56 kW) AE75R (in Entwicklung) von Austro Engine, beide ca. 2 PS/kg. ⓘ

Wankelmotoren wurden in selbstgebauten Experimentalflugzeugen wie der ARV Super2 eingebaut, von denen einige vom britischen MidWest Aero-Engine angetrieben wurden. Bei den meisten handelt es sich um Mazda 12A- und 13B-Automotoren, die für die Luftfahrt umgebaut wurden. Dies ist eine sehr kosteneffiziente Alternative zu zertifizierten Flugzeugtriebwerken und bietet Motoren mit einer Leistung von 100 bis 300 PS (220 kW) zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Kolbenmotoren. Diese Umrüstungen erfolgten zunächst in den frühen 1970er Jahren. Bis zum 10. Dezember 2006 hat die Nationale Verkehrssicherheitsbehörde (National Transportation Safety Board) nur sieben Berichte über Zwischenfälle mit Flugzeugen mit Mazda-Motoren erhalten, von denen keiner auf Konstruktions- oder Fertigungsfehler zurückzuführen war. ⓘ

Peter Garrison, Redakteur des Magazins Flying, sagte, dass "meiner Meinung nach ... der vielversprechendste Motor für den Einsatz in der Luftfahrt der Mazda-Kreiskolbenmotor ist". Mazda-Drehkolbenmotoren haben sich beim Umbau für den Einsatz in selbstgebauten Flugzeugen bewährt. Die wirkliche Herausforderung in der Luftfahrt besteht jedoch darin, FAA-zertifizierte Alternativen zu den Standard-Hubkolbenmotoren herzustellen, die die meisten kleinen Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt antreiben. Mistral Engines, mit Sitz in der Schweiz, entwickelte speziell angefertigte Kreiskolbenmotoren für den werkseitigen Einbau und die Nachrüstung von zertifizierten Serienflugzeugen. Die Rotationsmotoren G-190 und G-230-TS waren bereits auf dem Versuchsmarkt im Einsatz, und Mistral Engines hoffte auf eine FAA- und JAA-Zulassung bis 2011. Im Juni 2010 wurde die Entwicklung der G-300-Drehkolbenmotoren unter Berufung auf Liquiditätsprobleme des Unternehmens eingestellt. ⓘ

Mistral behauptet, die Herausforderungen des Treibstoffverbrauchs bei Kreiskolbenmotoren überwunden zu haben, zumindest soweit, dass die Motoren einen spezifischen Treibstoffverbrauch aufweisen, der nur wenige Punkte unter dem von Hubkolbenmotoren mit ähnlichem Hubraum liegt. Der Kraftstoffverbrauch ist zwar immer noch geringfügig höher als bei herkömmlichen Motoren, doch wird dies durch andere vorteilhafte Faktoren aufgewogen. ⓘ

Zum Preis eines komplizierteren Hochdruck-Dieseleinspritzsystems wurde mit den Mehrstoffmotoren von Curtiss-Wright mit geschichteter Ladung ein Kraftstoffverbrauch in der gleichen Größenordnung wie bei kleinen Automobil- und Industriedieseln erreicht, wobei die Vorteile des Wankelmotors erhalten bleiben. Im Gegensatz zu einem Kolbenmotor mit hängenden Ventilen gibt es keine Ventile, die bei höheren Drehzahlen schwimmen und zu Leistungseinbußen führen können. Der Wankelmotor ist bei hohen Drehzahlen effektiver, da er keine hin- und hergehenden Teile, viel weniger bewegliche Teile und keinen Zylinderkopf hat. ⓘ

Das französische Unternehmen Citroën hatte in den 1970er Jahren einen RE-2 [fr] Hubschrauber mit Wankelmotor entwickelt. ⓘ

Da Wankelmotoren mit einer relativ hohen Drehzahl arbeiten, macht der Rotor bei 6.000 Umdrehungen pro Minute der Abtriebswelle nur 2.000 Umdrehungen. Aufgrund des relativ geringen Drehmoments müssen Flugzeuge mit Propellerantrieb eine Propellerdrehzahlreduzierung verwenden, um die Propeller im vorgesehenen Drehzahlbereich zu halten. Bei Experimentalflugzeugen mit Wankelmotoren werden Propelleruntersetzungsgetriebe eingesetzt, so hat z. B. der MidWest-Doppelrotormotor ein Untersetzungsgetriebe mit einem Verhältnis von 2,95:1. Die Drehzahl eines Wankelmotors ist im Vergleich zu Hubkolbenkonstruktionen hoch. Nur die Exzenterwelle dreht sich schnell, während sich die Rotoren mit genau einem Drittel der Wellendrehzahl drehen. Wenn sich die Welle mit 7.500 Umdrehungen pro Minute dreht, drehen sich die Rotoren mit viel langsameren 2.500 Umdrehungen pro Minute. ⓘ

Pratt & Whitney Rocketdyne wurde von der DARPA beauftragt, einen Diesel-Wankelmotor für den Einsatz in einem Prototyp eines VTOL-Flugzeugs namens "Transformer" zu entwickeln. Der Motor basiert auf einem früheren Wankel-Diesel-Konzept für unbemannte Flugzeuge namens "Endurocore". ⓘ

Der Segelflugzeughersteller Schleicher verwendet einen Austro Engines AE50R Wankel in seinen selbststartenden Modellen ASK-21 Mi, ASH-26E, ASH-25 M/Mi, ASH-30 Mi, ASH-31 Mi, ASW-22 BLE und ASG-32 Mi. ⓘ

2013 kündigte e-Go aeroplanes mit Sitz in Cambridge (Vereinigtes Königreich) an, dass sein neues einsitziges Canard-Flugzeug, das aus einem Konstruktionswettbewerb für die neue, im Vereinigten Königreich deregulierte Kategorie der einsitzigen Flugzeuge hervorging, von einem Wankelmotor von Rotron Power angetrieben wird, einem Spezialhersteller von fortschrittlichen Rotationsmotoren für unbemannte Luftfahrzeuge (UAV). Der Erstverkauf erfolgte 2016. Das Flugzeug soll mit einem 30 PS (22 kW) starken Wankelmotor eine Reisegeschwindigkeit von 100 Knoten (190 km/h; 120 mph) erreichen, bei einem Kraftstoffverbrauch von 75 mpg-imp (3,8 L/100 km; 62 mpg-US) unter Verwendung von Standard-Motorbenzin (MOGAS), das 22 kW (30 PS) entwickelt. ⓘ

Die DA36 E-Star, ein von Siemens, Diamond Aircraft und EADS entwickeltes Flugzeug, verfügt über einen seriellen Hybrid-Antriebsstrang, bei dem der Propeller von einem Siemens-Elektromotor mit 70 kW (94 PS) angetrieben wird. Ziel ist es, den Treibstoffverbrauch und die Emissionen um bis zu 25 % zu senken. Ein 40 PS (30 kW) starker Wankelmotor und Generator von Austro Engines an Bord liefert den Strom. Eine Propeller-Drehzahlreduziereinheit entfällt. Der Elektromotor nutzt die in den Batterien gespeicherte Elektrizität bei ausgeschaltetem Generator zum Starten und Steigen und reduziert so die Geräuschemissionen. Der Serien-Hybrid-Antriebsstrang mit dem Wankelmotor reduziert das Gewicht des Flugzeugs um 100 kg im Vergleich zum Vorgängermodell. Die DA36 E-Star flog erstmals im Juni 2013 und ist damit der erste Flug eines Serien-Hybrid-Antriebsstrangs überhaupt. Diamond Aircraft gibt an, dass die Technologie mit Wankelmotoren auf ein Flugzeug mit 100 Sitzen skalierbar ist. ⓘ

Diamond Katana DA20 mit Zweischeiben-Wankelmotor von Austro Engines ⓘ

Fahrzeug-Range-Extender

Aufbau eines Serien-Hybridfahrzeugs. Das graue Quadrat stellt ein Differentialgetriebe dar. Eine alternative Anordnung (nicht abgebildet) ist die Verwendung von Elektromotoren an zwei oder vier Rädern. ⓘ

Prototyp des Mazda2 EV ⓘ

Aufgrund der kompakten Größe und des hohen Leistungsgewichts eines Wankelmotors wurde er für Elektrofahrzeuge als Reichweitenverlängerer vorgeschlagen, um bei niedrigem Batteriestand zusätzliche Leistung bereitzustellen. Es gibt eine Reihe von Fahrzeugkonzepten mit einem seriellen Hybrid-Antriebsstrang. Ein Wankelmotor, der nur als Generator verwendet wird, hat Vorteile bei der Verpackung, der Geräuschentwicklung, den Vibrationen und der Gewichtsverteilung, wenn er in einem Fahrzeug eingesetzt wird, wodurch der Innenraum für Passagiere und Gepäck maximiert wird. Der Motor/Generator kann sich an einem Ende des Fahrzeugs befinden, während sich die elektrischen Antriebsmotoren am anderen Ende befinden und nur durch dünne Kabel verbunden sind. Mitsueo Hitomi, der weltweite Leiter des Antriebsstrangs bei Mazda, erklärte: "Ein Kreiskolbenmotor ist ideal als Reichweitenverlängerer, weil er kompakt und leistungsstark ist und gleichzeitig geringe Vibrationen erzeugt". ⓘ

Im Jahr 2010 stellte Audi den Prototyp eines Serienhybrid-Elektroautos vor, den A1 e-tron, der einen kleinen 250-ccm-Wankelmotor enthielt, der bei 5.000 Umdrehungen pro Minute lief, die Batterien des Autos bei Bedarf auflud und den Elektromotor direkt mit Strom versorgte. Im Jahr 2010 gab FEV Inc. bekannt, dass in ihrem Prototyp einer elektrischen Version des Fiat 500 ein Wankelmotor als Reichweitenverlängerer eingesetzt werden würde. Im Jahr 2013 stellte das finnische Unternehmen Valmet Automotive einen Prototyp namens EVA vor, der einen Wankelmotor mit Serienhybrid-Antriebsstrang und einen Motor des deutschen Unternehmens Wankel SuperTec enthält. Das britische Unternehmen Aixro Radial Engines bietet einen Range Extender an, der auf dem 294-ccm-Kammer-Go-Kart-Motor basiert. ⓘ

Das japanische Unternehmen Mazda stellte 2012 die Produktion von Wankelmotoren mit Direktantrieb in seiner Modellpalette ein, so dass die Automobilindustrie weltweit keine Serienfahrzeuge mit diesem Motor mehr hat. Das Unternehmen setzt die Entwicklung der nächsten Generation seiner Wankelmotoren, des SkyActiv-R, fort. Mazda gibt an, dass der SkyActiv-R die drei Hauptprobleme der bisherigen Kreiskolbenmotoren löst: Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Zuverlässigkeit. Takashi Yamanouchi, der weltweite CEO von Mazda, sagte: "Der Kreiskolbenmotor hat eine sehr gute dynamische Leistung, aber er ist nicht so sparsam, wenn man beschleunigt und abbremst. Mit einem Range Extender kann man den Kreiskolbenmotor jedoch bei einer konstanten Drehzahl von 2.000 Umdrehungen pro Minute betreiben, und das bei höchster Effizienz. Außerdem ist er kompakt." Bisher wurde noch kein Wankelmotor in dieser Anordnung in Serienfahrzeugen oder Flugzeugen eingesetzt. Im November 2013 kündigte Mazda der Presse jedoch einen Prototyp eines Serien-Hybridfahrzeugs an, den Mazda2 EV, der einen Wankelmotor als Reichweitenverlängerer nutzt. Der Generatormotor, der sich unter dem hinteren Kofferraumboden befindet, ist ein winziges, fast unhörbares 330-ccm-Aggregat mit einem Rotor, das 30 PS (22 kW) bei 4.500 U/min erzeugt und eine elektrische Dauerleistung von 20 kW liefert. Im Oktober 2017 kündigte Mazda an, dass der Kreiskolbenmotor in einem Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen wird, dessen Einführung für 2019/20 geplant ist. ⓘ

Mazda hat Forschungen zur funkengesteuerten Kompressionszündung (Spark Controlled Compression Ignition, SPCCI) bei Kreiskolbenmotoren durchgeführt und erklärt, dass alle neuen Kreiskolbenmotoren mit SPCCI ausgestattet sein werden. SPCCi kombiniert die Vorteile von Benzin- und Dieselmotoren mit der Funken- und Kompressionszündung, um Umwelt-, Leistungs- und Verbrauchsziele zu erreichen. ⓘ

Mazda bestätigte, dass ein Auto mit Rotationsmotor und verlängerter Reichweite mit einem Jahr Verspätung im Jahr 2020 auf den Markt kommen wird. Möglicherweise wird eine größere Batteriebank zur Verfügung stehen, um einen vollständigen EV-Betrieb mit Batterieladung aus dem Netz zu ermöglichen, wobei der Motor die Doppelfunktion eines Range-Extenders und eines Batterieladegeräts übernimmt, wenn die Batterieladung zu niedrig ist. Im Verbrennungsmotorbetrieb wird der Elektromotor zur Unterstützung der Beschleunigung und des Starts aus dem Stand eingesetzt. ⓘ

Andere Verwendungen

UEL UAV-741 Wankelmotor für ein UAV ⓘ

Kleine Wankelmotoren werden zunehmend auch in anderen Anwendungen eingesetzt, z. B. in Go-Karts, Wasserfahrzeugen und Hilfstriebwerken für Flugzeuge. Kawasaki patentierte einen gemischgekühlten Kreiskolbenmotor (US-Patent 3991722). Der japanische Dieselmotorenhersteller Yanmar und Dolmar-Sachs aus Deutschland hatten eine Kettensäge mit Rotationsmotor (SAE-Papier 760642) und Außenbordmotoren für Boote, und die französische Firma Outils Wolf stellte einen Rasenmäher (Rotondor) her, der von einem Wankelmotor angetrieben wurde. Um Produktionskosten zu sparen, war der Rotor horizontal angeordnet und hatte keine Dichtungen an der Unterseite. Der Graupner/O.S. 49-PI ist ein 1,27 PS (950 W) starker 5-cm³-Wankelmotor für den Modellflugbetrieb, der seit 1970 im Wesentlichen unverändert produziert wird. Selbst mit einem großen Schalldämpfer wiegt das gesamte Paket nur 380 Gramm. ⓘ

Aufgrund seiner Einfachheit eignet sich der Wankelmotor gut für Mini-, Micro- und Micro-Mini-Motoren. Das Labor für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) an der University of California, Berkeley, hat bereits Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Wankelmotoren mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm und einem Hubraum von weniger als 0,1 cm³ durchgeführt. Zu den Materialien gehören Silizium und zur Antriebskraft gehört Druckluft. Ziel dieser Forschungen war es, einen Verbrennungsmotor zu entwickeln, der 100 Milliwatt elektrische Leistung liefern kann, wobei der Motor selbst als Rotor des Generators dient und Magnete in den Motorrotor eingebaut sind. Die Entwicklung des Miniatur-Wankelmotors wurde an der UC Berkeley nach Ablauf des DARPA-Vertrags eingestellt. Miniatur-Wankelmotoren hatten aufgrund von Dichtungsproblemen Schwierigkeiten, die Kompression aufrechtzuerhalten, ähnlich wie bei den großen Versionen. Darüber hinaus leiden Miniaturmotoren unter einem ungünstigen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was zu übermäßigen Wärmeverlusten führt; die relativ große Oberfläche der Brennkammerwände überträgt die geringe Wärme, die in dem kleinen Verbrennungsvolumen erzeugt wird, nach außen, was zu einer Abschreckung und einem geringen Wirkungsgrad führt. ⓘ

Ingersoll-Rand baute den bisher größten Wankelmotor mit zwei Rotoren, der zwischen 1975 und 1985 erhältlich war und 1.100 PS (820 kW) leistete. Es gab auch eine Version mit einem Rotor und einer Leistung von 550 PS (410 kW). Der Hubraum pro Rotor betrug 41 Liter, wobei jeder Rotor einen Durchmesser von etwa einem Meter hatte. Der Motor wurde von einem früheren, erfolglosen Entwurf von Curtiss-Wright abgeleitet, der an einem bekannten Problem aller Verbrennungsmotoren scheiterte: Die feste Geschwindigkeit, mit der sich die Flammenfront bewegt, begrenzt die Entfernung, die die Verbrennung in einer bestimmten Zeit vom Zündpunkt aus zurücklegen kann, und damit die maximale Größe des Zylinders oder der Rotorkammer, die verwendet werden kann. Dieses Problem wurde durch die Begrenzung der Motordrehzahl auf nur 1200 U/min (400 kW pro Rotor) und die Verwendung von Erdgas als Kraftstoff gelöst. Dies war eine besonders gute Wahl, da einer der Haupteinsatzbereiche des Motors der Antrieb von Kompressoren in Erdgaspipelines war. Die Motoren arbeiteten mit einer "homogenen Ladung" und liefen teilweise über 30.000 Stunden. ⓘ

Im Februar 1984 erwarb John Deere die Rotationsabteilung von Curtiss-Wright, die ebenfalls große Multikraftstoff-Prototypen herstellte, einige mit einem 11-Liter-Rotor für große Fahrzeuge. Die Entwickler versuchten, das Problem der Flammenfront (das die homogene Verbrennung von Ingersoll-Rand behinderte) durch Schichtung des Kraftstoffs in der Brennkammer zu lösen. Die Technologie wurde 1991 an RPI übertragen. ⓘ

Das japanische Unternehmen Yanmar stellte einige kleine, ladungsgekühlte Rotationsmotoren für Kettensägen und Außenbordmotoren her. Eines ihrer Produkte ist der LDR-Motor (Rotoraussparung in der Vorderkante des Brennraums), der bessere Abgasemissionsprofile und durch Lamellenventile gesteuerte Einlassöffnungen aufweist, die die Leistung bei Teillast und niedrigen Drehzahlen verbessern. ⓘ

In den Jahren 1971 und 1972 produzierte Arctic Cat Schneemobile, die von den in Deutschland hergestellten Wankelmotoren Sachs KM 914 mit 303 cm³ und KC-24 mit 294 cm³ angetrieben wurden. ⓘ

In den frühen 1970er Jahren verkaufte die Outboard Marine Corporation Schneemobile unter der Marke Johnson und anderen Marken, die von OMC-Motoren mit 35 oder 45 PS (26 oder 34 kW) angetrieben wurden. ⓘ

Aixro aus Deutschland produziert und verkauft einen Go-Kart-Motor mit einem ladungsgekühlten 294-ccm-Rotor und flüssigkeitsgekühlten Gehäusen. Andere Hersteller sind: Wankel AG, Cubewano, Rotron und Precision Technology USA. ⓘ

Der amerikanische M1A3 Abrams-Panzer kann eine rotierende Diesel-APU verwenden, die vom TARDEC-Labor der US-Armee entwickelt wurde. Es handelt sich um einen 330-ccm-Kreiskolbenmotor mit hoher Leistungsdichte, der für den Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen, wie z. B. dem militärischen Standardtreibstoff JP-8, modifiziert wurde. ⓘ

Nicht-interne Verbrennung

Ogura Wankel Kompressor für Klimaanlagen ⓘ

Neben der Verwendung als Verbrennungsmotor wurde die Wankel-Grundkonstruktion auch für Gaskompressoren und Kompressoren für Verbrennungsmotoren verwendet. In diesen Fällen bietet die Konstruktion zwar immer noch Vorteile in Bezug auf die Zuverlässigkeit, aber die grundlegenden Größen- und Gewichtsvorteile des Wankelmotors gegenüber dem Viertakt-Verbrennungsmotor sind irrelevant. Bei einem Wankelmotor mit einem Wankelkompressor ist der Kompressor doppelt so groß wie der Motor. ⓘ

Die Wankelmotor-Konstruktion wird im Gurtstraffersystem einiger Mercedes-Benz- und Volkswagen-Fahrzeuge verwendet. Wenn die Verzögerungssensoren einen potenziellen Aufprall erkennen, werden kleine Sprengstoffpatronen elektrisch ausgelöst, und das dabei entstehende Druckgas wird in winzige Wankelmotoren geleitet, die sich drehen, um das Spiel in den Sicherheitsgurtsystemen auszugleichen und den Fahrer und die Passagiere vor einem Aufprall fest im Sitz zu verankern. ⓘ

Geschichte des Wankelmotors

Geschichte der Rotationskolbenmaschinen

Die Geschichte der Rotationskolbenmaschinen begann im 16. Jahrhundert mit dem Bau von Wasserpumpen, die bereits ähnlich den heutigen Kreis- und Drehkolbenmaschinen ausgeführt wurden. Die Kinematik der Drehkolbenmaschinen, bei der sich die beweglichen Teile nur um den Schwerpunkt drehen, war einfacher zu beherrschen, weshalb es noch eine Weile bis zum ersten Kreiskolbenmotor dauern sollte. ⓘ

1588 publizierte der italienische Ingenieur Agostino Ramelli verschiedene Wasserpumpen, bei denen es sich um dreh- und kreiskolbenartige Umlaufmaschinen handelte. ⓘ

1636 soll eine von Gottfried Heinrich zu Pappenheim erfundene Zahnradpumpe erstmals eine Fontäne mit Wasser versorgt haben. Die Zahnradpumpe, eine reguläre Drehkolbenmaschine, dient noch heute als Ölpumpe in den meisten Automotoren. ⓘ

James Watt, der die Hubkolbendampfmaschine entscheidend weiterentwickelt und ihr zum Durchbruch verholfen hatte, versuchte sich zeitlebens immer wieder an Rotationskolbenmaschinen, bis er 1782 eine drehkolbenartige Umlaufkolbendampfmaschine konstruierte. William Murdoch modifizierte 1799 Pappenheims Zahnradpumpe und versah die Zahnkopfflanken mit Dichtleisten aus Holz. Mit dieser Dampfmaschine trieb er Bohrmaschinen und Drehbänke in seiner Werkstatt an. ⓘ

1846 baute Elijah Galloway die erste hubraumbildende Dampfmaschine, die keinen inneren oder äußeren Kämmeingriff hatte. Durch fehlende Dichtelemente konnte sie jedoch nicht gegen die mittlerweile gut abgedichteten Hubkolbendampfmaschinen bestehen. Philander und Francis Roots entwickelten 1895 eine Drehkolbenmaschine, die auch heute noch in gleicher Weise gebräuchlich und nach ihnen benannt ist: den Roots-Kompressor. Charles Parsons, der Erfinder der Dampfturbine, baute 1884 eine der ersten funktionsfähigen Kreiskolbenmaschinen mit Hubeingriff. Die Funktionsweise des Kolbenrings war zu dieser Zeit noch unbekannt. ⓘ

1923 entstand eine KKM mit fünfeckigem Läufer von Wallinder & Skoog in Schweden. ⓘ

Allgemein machten die Abdichtungen Probleme, und es vergingen noch über zwei Jahrzehnte, bis Felix Wankel zusammen mit NSU eine Drehkolbenmaschine entwickelte. ⓘ

Wankeldiesel

Motoren, die nach dem Dieselverfahren arbeiten

R6 Rolls-Royce-Wankeldieselmotor ⓘ

Es gab auch Versuche, den Dieselprozess mit einem Wankelmotor auszuführen, obwohl der Drehkolbenmotor aufgrund seiner Besonderheiten dafür schlecht geeignet ist. Rolls-Royce entwickelte in den 1960er Jahren mit der Typserie R1 bis R6 einen Panzermotor, wobei zwei Wankelscheiben hintereinandergeschaltet wurden. Der Kreiskolben der Niederdruckstufe verdichtet für die Hochdruckstufe vor. Beide Kolben sind über ein Getriebe verbunden, der Kraftstoff wird jedoch nur in die Hochdruckstufe eingespritzt. Zwei gekoppelte Einheiten dieser Ausführung waren für eine Leistung von 350 hp (261 kW) bei 4500/min konzipiert. ⓘ

Als Problem bei der Entwicklung erwiesen sich die hohen Spitzendrücke und entsprechend hohen Spannungen, welche in der Kammerwand auftreten. Das Problem wurde durch integrierte Zuganker gelöst, die nun die Scherkräfte aufnahmen. Damit konnte das sogenannte Warmwechsel-Kriechen des als Kammermaterial verwendeten Aluminiums vermieden werden. Größte Schwierigkeit beim Wankeldieselmotor war es, eine geeignete Brennraumform zu finden, die passend zum Einspritzstrahl steht, und gleichzeitig eine hohe Verdichtung zu erreichen, die die Selbstzündung, eines der Hauptmerkmale des Dieselmotors, ermöglicht. Bei allen dokumentierten Prototypen, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, musste extern vorverdichtete Luft zugeführt werden. Es ist kein Wankeldieselmotor bekannt, der sicher aus eigener Kraft lauffähig ist. ⓘ

Motoren, die nicht nach dem Dieselverfahren arbeiten

1992 kaufte der ehemalige Mitarbeiter von Felix Wankel, Dankwart Eiermann, zusammen mit Jürgen G. Bax die Wankel Rotary GmbH vom LONRHO-Konzern zurück. In den folgenden Jahren entwickelte das Unternehmen einen für den Betrieb mit Dieselkraftstoff geeigneten Wankelmotor mit Fremdzündung (also mit Zündkerze) und Direkteinspritzung, wobei auf bereits seit den 1960ern bekannte Verfahren zurückgegriffen wurde (u. a. das FM-Verfahren); der wassergekühlte Motor mit der Bezeichnung LOCR 407 SD arbeitet somit nicht nach dem Dieselverfahren, sondern nur mit dem für Dieselmotoren üblichen Kraftstoff. Die Verdichtung betrug 10,4:1 und das Kammervolumen lag bei 407 cm³. Der Motor erreichte als Einscheiben-Version eine Nennleistung von 25 kW bei 6000/min und war skalierbar, d. h. auch in Mehrscheiben-Konfiguration und mit Aufladung erhältlich. Der Verbrauch lag bei 330 g/(kW·h) und damit deutlich oberhalb von Vorkammer-Dieselmotoren (Vergleichstabelle spezifischer Kraftstoffverbrauch). Die Wankel Rotary GmbH musste im Jahre 2000 Konkurs anmelden, die Patent- und Markenrechte erwarb 2001 Mario Häberer. Dankwart Eiermann führte später die Entwicklung bei Wankel Supertec weiter. Heute (2021) werden mit Abgasturboaufladung und Rückkühlung bei Industriewankelmotoren mit Dieselkraftstoffbetrieb spezifische Verbräuche von 270 g/(kW·h) erzielt. ⓘ

Lizenznehmer

Datum	Lizenznehmer	Land	Lizenz ⓘ
21.10.1958	Curtiss-Wright Corp.	USA	ohne Einschränkung
29.12.1960	Fichtel & Sachs AG	D	Industrie-Motoren, Boot 0,5–30 PS
25.02.1961	Yanmar Diesel Co. Ltd	JP	Benzin- und Dieselmotoren, 1–100 PS, 1–300 PS
27.02.1961	Mazda	JP	Benzinmotoren 1–231 PS für Landfahrzeuge
04.10.1961	Klöckner-Humboldt-Deutz AG	D	Dieselmotoren ohne Einschränkung
26.10.1961	Daimler-Benz AG	D	Benzinmotoren 50 PS aufwärts
30.10.1961	MAN AG	D	Dieselmotoren ohne Einschränkung
02.11.1961	Friedrich Krupp AG	D	Dieselmotoren ohne Einschränkung
12.03.1964	Daimler-Benz AG	D	Dieselmotoren ohne Einschränkung
15.04.1964	S.p.A Alfa Romeo	IT	Benzinmotoren von 50–300 PS für Pkws
17.02.1965	Rolls-Royce Motors Ltd.	GB	Diesel- und Hybridmotoren 100–850 PS
18.02.1965	VEB IFA	DDR	Ottomotoren 0,5–25 PS und 50–150 PS
02.03.1965	Dr.-Ing. h. c. F. Porsche KG	D	Benzinmotoren von 50–1000 PS
01.03.1966	Outboard Marine Corporation	USA	Benzinmotoren 50–400 PS
11.05.1967	Comotor S.A.	L	Benzin- und Dieselmotoren 40–200 PS
12.09.1967	Graupner	D	0,1–3 PS Modellmotoren
28.08.1969	Savkel Ltd.	IS	Benzinmotoren von 0,5–30 PS Industrie-Motoren
01.10.1970	Nissan Motor Company Ltd	JP	Benzinmotoren von 80–120 PS
10.11.1970	General Motors	USA	Alles, außer Flugzeugmotoren
24.11.1970	Suzuki	JP	Benzinmotoren von 20–60 PS für Zweiräder
25.05.1971	Toyota	JP	Benzinmotoren von 75–150 PS für Pkw
04.10.1971	Kawasaki Heavy Industries	JP	Benzinmotoren 20–80 PS für Motorräder
29.11.1971	Ford-Werke AG, Köln	D	Benzinmotoren 80–200 PS (1974 gekündigt)
25.07.1972	BSA Ltd.	GB	Benzinmotoren 35–60 PS für Motorräder
29.09.1972	Yamaha Motor	JP	Benzinmotoren 20–80 PS für Motorräder
07.02.1973	American Motors Corporation	USA	Benzinmotoren 20–200 PS

Die Patente zum Wankelmotor sind inzwischen abgelaufen, weshalb heute zu seinem Bau keine Lizenzen mehr benötigt werden. ⓘ

Fahrzeuge mit Wankelmotor

Automobile

NSU Wankel Spider ⓘ

NSU Ro 80 ⓘ

Mazda RX7 der zweiten Generation ⓘ

Mazda RX8 ⓘ

Serienfahrzeuge

• NSU Wankel Spider (1964–1967), erstes Serienfahrzeug mit Wankelmotor.
• Mazda 110 S Cosmo Sport (1967–1972), erstes Serienfahrzeug mit Zweischeibenmotor.
• NSU Ro 80 (1967–1977)
• Mazda R100 (1968–1975)
• Mazda R130 (1969–1972) Coupé mit 13A-Wankelmotor.
• Mazda RX-2 (1971–1974)
• Mazda RX-3 (1972–1977)
• Mazda RX-4 (1972–1977)
• Mazda Rotary Pickup (1973–1977), nur in den USA verkauft.
• Mazda Parkway Rotary 26 (1974–1976), erster Bus mit Wankelmotor.
• Mazda Roadpacer (1975–1977)
• Mazda RX-5 (1975–1981)
• Mazda RX-7 (1978–2002) Baureihe SA (FB), FC, FD.
• Mazda Cosmo AP RX-5 (1981–1990)
• Eunos Cosmo (1990–1995), erstes Serienfahrzeug mit Dreischeibenmotor.
• Mazda RX-8 (2003–2012) ⓘ

Prototypen und Kleinserien

• Citroën M35 (1969–1971), reiner Versuchsträger, nur 267 Stück wurden gebaut.
• Mercedes-Benz C 111 (Prototyp 1969–1971) Dreischeiben- und Vierscheibenmotoren
• Chevrolet Prototypen XP-895 und XP-897GT (1972)
• Citroën GS Birotor (1974–1975), 847 Stück hergestellt.
• Rennwagen von Mazda: 717C, 727C, 737C, 757, 767 und 787B (1991 Gewinner der 24 Stunden von Le Mans)
• Konzeptfahrzeuge von Mazda: RX-8 Hydrogen RE (2004), 5 HRE (2005) und Furai (2008).
• Flugautos M200 und M400 des Unternehmens Moller ⓘ

In den 1960er und 1970er Jahren experimentierten viele weitere Hersteller mit Wankelmotoren, unter anderem Škoda (1964–1967), Nissan (1972) oder Audi NSU mit dem Audi 100 C2 (1976–1977). In der DDR wurden Wankelmotoren 1961–1969 entwickelt, welche die Zweitaktmotoren im Trabant und Wartburg ersetzen sollten. Zum 18. Februar 1965 zählte auch der VVB Automobilbau der DDR zu den Lizenznehmern des NSU-Wankel-Motors. Ein Prototyp mit dem Wankelmotor war unter anderem der Trabant 603. Die Entwicklungsarbeiten am Wankelprinzip konnten jedoch nicht zufriedenstellend abgeschlossen werden. ⓘ

Wasserfahrzeuge

Wankel Zisch 74 ⓘ

• Avenger-Sportboot mit zwei Marine Ro 135
• Ski-Craft-Wasserskizuggerät und Flautenschieber
• Rennboote OMC (Evinrude/Johnson)
• Zisch 68
• Zisch 74 ⓘ

Unbemannte Flugzeuge, Drohnen, UAV

Interessant ist hier die Vibrationsarmut für hochauflösende Kameraaufnahmen.

• Blue Horizon II UAV Hersteller EMIT
• Camcopter S-100 mit Austro Engine AE-50R, Hersteller Schiebel (Österreich)
• Crecerelle UAV, Hersteller SAGEM
• Darter UAV, Hersteller Silver Arrow
• Deltron III UAV, Hersteller TESTEM
• Dragon UAV, Hersteller Matra
• Galileo UAV mit UEL AR-682
• GLOV UAV Hersteller Accurate Automation Corp.
• Goldeneye UAV mit UEL AR-741
• Harpy UAV, Hersteller IAI
• Hellfox UAV, Hersteller Mi-Tex
• Hermes 180 mit UEL AR-74-1000, 10 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
• Hermes 450 und 450S mit UEL AR 80-1010, 20 Stunden und 30 Stunden Flugzeit, Hersteller Silver Arrow
• i-Foile UAV
• ISIS mit UEL AR-8010
• Lark UAV, Hersteller Kentron
• Marula UAV, Hersteller SAGEM
• Night Intruder 300 KAI
• Nishant UAV, Hersteller ADE
• Phantom Medium Tactical UAV
• Pioneer RQ2A mit UEL AR-741, Hersteller PUI
• Pioneer RQ2B mit UEL AR-741, Hersteller IAI
• Prowler I, Hersteller GA-ASI
• Scout UAV mit UEL AR-801 Hersteller IAI
• Seabat UAV, Hersteller Orion
• Sea Scout mit UEL AR-801
• Searcher II Hersteller IAI
• Shadow 200 mit UEL AR-741, Shadow 200B mit UEL AR-741, Shadow 400 mit UEL AR-741, Shadow 600 mit UEL AR-801, Hersteller AAI
• Sikorsky Cypher und Cypher II mit UEL AR-801
• Skyeye mit UEL AR 80-1010, Hersteller BAE Systems
• Sniper UAV, Hersteller Silver Arrow
• Starbird UAV, Hersteller Northrop Grumman
• STF-9A UAV, Hersteller Daedalus
• TPPV-1 Doysae UAV, Hersteller KAI
• UAV-X1, Hersteller TAI
• Vixen UAV, Hersteller Mi-Tex ⓘ

Sporteinsatz

Um den Wankelmotor in der Motorwelt zu etablieren, nahmen das NSU- und das Mazda-Team an diversen Autorennen teil und konnten einige Siege verbuchen, die systembedingt keine Rückschlüsse auf den Motor alleine zulassen. Es waren die Deutsche Rallyemeisterschaft (1969), das 24-Stunden-Bootsrennen von Rouen (1966), deutscher Bergmeister aller Klassen (1967 und 1968), der Sieg im 24-Stunden-Rennen von Le Mans (1991), bei dem der Motor im Bereich des maximalen Drehmoments etwa 285 g/kWh verbrauchte, ferner unter anderem Siege in der amerikanischen- und australischen Tourenwagenmeisterschaft. Ebenso konnten Siege in der offenen Klasse der Rennboote verzeichnet werden (1973). Von 1980 bis 1986 lieferte Mazda als alleiniger Ausrüster Wankelmotoren für die Südafrikanische Formel-Atlantic-Meisterschaft, in der britische Formel-2-Chassis eingesetzt wurden. ⓘ

Norton stattete Motorräder mit Wankelmotoren aus und errang einige Erfolge im Rennsektor. So die britische Superbike-Meisterschaft, zweimal die Powerbike International und 1992 mit der RCW588 und dem Piloten Steve Hislop die Tourist Trophy auf der Isle of Man. ⓘ

Seit den 1990er-Jahren werden auch Karts von Wankelmotoren angetrieben. Die Vorteile liegen im geringen Gewicht. Die Leistung beträgt bis zu 30 kW bei einem Kammervolumen von weniger als 300 cm³ und einem Gewicht von etwa 17 Kilogramm. Die Motorkraft wird über eine Fliehkraftkupplung und ein Einganggetriebe an die Hinterachse abgegeben. ⓘ

Kraftfahrzeugsteuer (in Deutschland)

Fahrzeuge mit Wankelmotoren wurden bis Erstzulassung 30.06.2009 nach dem zulässigen Gesamtgewicht wie Lkw besteuert, danach entsprechend dem sogenannten Hubraumäquivalent ("doppeltes Nenn-Kammervolumen"), was auch in den Zulassungsbescheinigungen eingetragen ist. ⓘ

• 

  Wankelmotor für Diesel/Kerosinbetrieb: UAV UEL AR-8010 (z. B. eingesetzt von ISIS, IAI)

• 

  Trochoïden verschiedener Motoren von mehreren Herstellern im Vergleich

• 

  Mazda-Wankelmotor mit axialer Kühlwasserführung

• 

  Erster Versuchs-Wankelmotor von Mazda

• 

  Zwei Arten Exzenterwellen: Die obere geteilt für einen Dreischeibenmotor NSU 619, die untere Exzenterwelle gehört zu einem NSU-Ro-80-Motor

• 

  Dichtsystem: Dichtleisten an einem Klimakompressor

• 

  Exzenter einer Exzenterwelle für einen NSU-KKM619-Dreischeibenmotor

• 

  Motor des NSU Wankel Spider

• 

  Dreischeiben-Wankelmotor, Wankel NSU 619

• 

  Exzenterwelle für einen Wankel NSU 619 ⓘ

Sonstiges

• Die Briefmarke 50 Jahre Wankelmotor im Wert von 145 Cent wurde am 2. Januar 2007 durch die Deutsche Post ausgegeben
• Das Museum Autovision in Altlußheim zeigt die weltweit erste ständige Wankelmotor-Ausstellung
• Eine der weltweit größten Sammlungen von Fahrzeugen und Geräten mit Wankelmotor besitzt Walter Frey in Gersthofen (teilweise im Mazda-Museum Augsburg ausgestellt). ⓘ